DE10080443B4 - Device for measuring a jitter - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Messen des Jitters eines Eingangsignals, mit:
Analytik-Signal-Umformungsmitteln (11) zum Umformen des Eingangssignals in ein komplexes analytisches Signal;
Momentanphasen-Schätzmitteln (12) zur Ermittlung der Momentanphase des Eingangssignals aus dem analytischen Signals;
Linearphasen-Entfernungsmitteln (13) zur Ermittlung einer linearen Phasenkomponente der Momentanphase und zum Entfernen der linearen Phasenkomponente aus der Momentanphase, um eine Phasenrausch-Wellenform zu erhalten; und
Jittererfassungsmitteln (14, 15, 73) zur Ermittlung des Jitters des Eingangsignals aus der Phasenrausch-Wellenform.
Device for measuring the jitter of an input signal, comprising:
Analytic signal conversion means (11) for transforming the input signal into a complex analytic signal;
Instantaneous phase estimation means (12) for detecting the instantaneous phase of the input signal from the analytic signal;
Linear phase removing means (13) for detecting a linear phase component of the instantaneous phase and for removing the linear phase component from the instantaneous phase to obtain a phase noise waveform; and
Jitter detection means (14, 15, 73) for detecting the jitter of the input signal from the phase noise waveform.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Verweis auf verwandte AnmeldungenReference to related applications

Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit laufender Nummer 09/246 458, eingereicht am 08. Februar 1999.These Application is a continuation-in-part application of the US patent application with serial number 09/246 458 filed on 08 February 1999.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

1. Feld der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters in einem Mikrocomputer. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters in einer in einem Mikrocomputer verwendeten Takterzeugungsschaltung.The The present invention relates to a device for measuring a Jitters in a microcomputer. More specifically, the present invention relates Invention an apparatus for measuring a jitter in a in a clock generating circuit used in a microcomputer.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the state of the technique

In den letzten 30 Jahren hat die Zahl von Transistoren auf einem VLSI-(very large scale integrated circuit)-Chip nach Moore's Gesetz exponentiell zugenommen, und auch die Taktfrequenz eines Mikrocomputers hat nach Moore's Gesetz exponentiell zugenommen. Zur Zeit ist die Taktfrequenz dabei, die Grenze von 1,0 GHz zu überschreiten (siehe z. B. Naoaki Aoki, H. P. Hofstee, und S. Dong; "GHz MICROPROCESSOR", INFORMATION PROCESSING Band 39, Nr. 7, Juli 1998). 1 ist ein Graph, der die Entwicklung der Taktperiode in einem Mikrocomputer zeigt, veröffentlicht in Semiconductor Industry Association: "The National Technology Roadmap for Semiconductors, 1997". In 1 ist auch ein RMS-Jitter (Effektiv-Jitter) aufgetragen.In the last 30 years, the number of transistors on a VLSI (very large scale integrated circuit) chip has increased exponentially according to Moore's Law, and the clock frequency of a microcomputer has also increased exponentially according to Moore's Law. At present, the clock rate is about to exceed the 1.0 GHz limit (see, eg, Naoaki Aoki, HP Hofstee, and S. Dong; "GHz MicroProcessor,""InformationProcessing," Volume 39, No. 7, July 1998). , 1 Figure 4 is a graph showing the evolution of the clock period in a microcomputer published in the Semiconductor Industry Association: "The National Technology Roadmap for Semiconductors, 1997." In 1 is also an RMS jitter (effective jitter) applied.

In einem Kommunikationssystem werden eine Trägerfrequenz und eine Trägerphase oder eine Symbolzeitsteuerung durch Anwendung nichtlinearer Operationen auf ein empfangenes Signal und durch Eingeben des Ergebnisses des nichtlinearen Prozesses in eine Phasenkoppeischleifenschaltung (PLL) regeneriert. Diese Regeneration entspricht der Maximum-Likelihood-Parameterabschätzung. Wenn jedoch ein Träger oder ein Datenwert aus dem empfangenen Signal aufgrund eines Einflusses von Rauschen oder dergleichen nicht korrekt regeneriert werden kann, kann eine Neuübertragung vom Sender angefordert werden. In einem Kommunikationssystem wird ein Taktgenerator auf einem von den anderen Komponenten getrennten Chip ausgebildet. Dieser Taktgenerator ist auf einem VLSI-Chip unter Verwendung von Bipolartechnologie, GaAs-Technologie oder CMOS-Technologie ausgebildet.In A communication system becomes a carrier frequency and a carrier phase or symbol timing by applying non-linear operations to a received signal and by inputting the result of non-linear process into a phase-locked loop circuit (PLL) regenerated. This regeneration corresponds to the maximum likelihood parameter estimation. If but a carrier or a data value from the received signal due to an influence from noise or the like can not be correctly regenerated, can be a retransmission be requested by the sender. In a communication system is a clock generator on one separate from the other components Chip formed. This clock generator is on a VLSI chip under Use of bipolar technology, GaAs technology or CMOS technology educated.

Bei vielen Mikrocomputern wird die Ausführung eines Befehls durch ein Taktsignal mit einer konstanten Periode gesteuert. Die Taktperiode dieses Taktsignals entspricht einer Zykluszeit eines Mikrocomputers. (Siehe z. B. Mike Johnson; "Superscale Microprocessor Design", Prentice-Hall, Inc., 1991). Wenn die Taktperiode zu kurz ist, wird ein synchroner Betrieb unmöglich, und das System sperrt. In einem Mikrocomputer ist ein Taktgenerator auf dem gleichen Chip mit anderen logischen Schaltungen integriert. 2 zeigt als ein Beispiel einen Pentium-Chip. In 2 kennzeichnet ein weißes Quadrat () eine Takterzeugungsschaltung. Dieser Mikroprozessor wird unter Verwendung eines CMOS-(complementary metal-oxide semiconductor)-Prozesses hergestellt.In many microcomputers, the execution of a command is controlled by a clock signal having a constant period. The clock period of this clock signal corresponds to a cycle time of a microcomputer. (See, for example, Mike Johnson, "Superscale Microprocessor Design", Prentice-Hall, Inc., 1991). If the clock period is too short, synchronous operation becomes impossible and the system locks. In a microcomputer, a clock generator on the same chip is integrated with other logic circuits. 2 shows as an example a Pentium chip. In 2 a white square () denotes a clock generating circuit. This microprocessor is manufactured using a CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) process.

In einem Kommunikationssystem ist der durchschnittliche Jitter oder der RMS-Jitter wichtig. Der RMS-Jitter trägt zu einem durchschnittlichen Rauschen des Signal-Rausch-Verhältnisses bei und erhöht die Bitfehlerrate. Andererseits bestimmt in einem Mikrocomputer der schlechteste Momentanwert mancher Parameter die Arbeitsfrequenz. Das heißt, der Spitze-Spitze- oder Peak-to-Peak-Jitter (der schlechteste Wert des Jitters) bestimmt die obere Grenze der Arbeitsfrequenz.In A communication system is the average jitter or the RMS jitter important. The RMS jitter contributes to an average Noise of the signal-to-noise ratio at and increased the bit error rate. On the other hand, determined in a microcomputer the worst momentary value of some parameters is the working frequency. This means, the peak-to-peak or peak-to-peak jitter (the worst value of the jitter) determines the upper limit of the Operating frequency.

Deshalb wird für die Prüfung einer PLL-Schaltung in einem Mikrocomputer ein Verfahren zum genauen Messen eines Momentanwertes des Jitters in einer kurzen Zeitspanne benötigt. Da Jittermessung auf dem Gebiet der Kommunikation entwickelt worden ist, gibt es gegenwärtig kein Meßverfahren, das auf dem Gebiet der Mikrocomputer dieser Anforderung entspricht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum genauen und schnellen Messen eines Momentanwertes des Jitters anzugeben.Therefore is for the exam a PLL circuit in a microcomputer a method for accurate measurement an instantaneous value of the jitter needed in a short period of time. There Jitter measurement in the field of communication has been developed is, there is currently no measuring method, which corresponds to this requirement in the field of microcomputers. It is an object of the present invention to provide a method for precise and rapid measurement of an instantaneous value of the jitter.

Zum Prüfen einer PLL-Schaltung in einem Kommunikationssystem hingegen wird ein Verfahren zum genauen Messen eines RMS-Jitters benötigt. Ein Meßverfahren existiert und wird in der Praxis verwendet, allerdings benötigt es etwa 10 Minuten Meßzeit. 3 zeigt eine vergleichende Übersicht über Taktgeneratoren bei einem Mikrocomputer und einem Kommunikationssystem.On the other hand, to test a PLL circuit in a communication system, a method of accurately measuring an RMS jitter is needed. A measuring method exists and is used in practice, but it takes about 10 minutes of measurement time. 3 shows a comparative overview of clock generators in a microcomputer and a communication system.

Eine Phasenkoppelschleife (PLL-Schleife) ist ein rückgekoppeltes System. In einer PLL-Schaltung werden eine Frequenz und eine Phase θi eines gegebenen Referenzsignals mit einer Frequenz und einer Phase θ0 einer internen Signalquelle verglichen, um die interne Signalquelle unter Ausnutzung der Differenzen dazwischen so zu steuern, daß die Frequenzdifferenz oder die Phasendifferenz minimiert werden kann. Deshalb umfaßt ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO), der eine interne Signalquelle einer PLL-Schaltung ist, eine Komponente oder Komponenten, deren Verzögerungszeit variierbar ist. Wenn in diesen Oszillator eine Gleichspannung eingegeben wird, wird eine wiederkehrende Wellenform mit einer zu dem Gleichstromwert proportionalen konstanten Periode ausgegeben.A phase locked loop (PLL loop) is a feedback system. In a PLL circuit, a frequency and a phase θ i of a given reference signal are compared with a frequency and a phase θ 0 of an internal signal source to control the internal signal source by utilizing the differences therebetween so as to minimize the frequency difference or the phase difference can. Therefore, a voltage controlled oscillator (VCO), which is an internal signal source of a PLL circuit, includes a component or components whose delay time is variable. When a DC voltage is input to this oscillator, a recurring waveform having a constant period proportional to the DC value is output.

Die PLL-Schaltung, die die vorliegende Erfindung betrifft, umfaßt einen Phase-Frequenz-Detektor, eine Ladungspumpschaltung, einen Schleifenfilter und einen VCO. 4 zeigt eine Grundschaltungskonfiguration einer PLL-Schaltung in Blockdiagrammform. Im folgenden wird die Arbeitsweise jeder der Schaltungskomponenten kurz beschrieben.The PLL circuit relating to the present invention comprises a phase-frequency detector, a charge pump circuit, a loop filter and a VCO. 4 shows a basic circuit configuration of a PLL circuit in block diagram form. The operation of each of the circuit components will be briefly described below.

Ein Phase-Frequenz-Detektor ist eine digitale sequentielle Schaltung. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungskonfiguration eines Phase-Frequenz-Detektors zeigt, der zwei D-Flipflops D-FF1 und D-FF2 und ein AND-Gatter umfaßt. Ein Referenztakt wird an einen Taktanschluß ck des ersten D-Flipflops D-FF1 angelegt, und ein PLL-Takt wird an einen Taktanschluß ck des zweiten D-Flipflops D-FF2 angelegt. Ein logischer Wert "1" wird jedem Dateneingabeanschluß d zugeführt.A phase-frequency detector is a digital sequential circuit. 5 Fig. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of a phase-frequency detector comprising two D-type flip-flops D-FF1 and D-FF2 and one AND-gate. A reference clock is applied to a clock terminal ck of the first D flip-flop D-FF1, and a PLL clock is applied to a clock terminal ck of the second D flip-flop D-FF2. A logical value "1" is supplied to each data input terminal d.

Wenn bei der oben beschriebenen Schaltungskonfiguration die zwei Q-Ausgaben beider Flipflops gleichzeitig "1" werden, setzt das AND-Gatter beide Flipflops zurück. Der Phase-Frequenz-Detektor gibt in Abhängigkeit von der Phasendifferenz und der Frequenzdifferenz zwischen den zwei Eingabesignalen ein AUF-Signal zum Erhöhen der Frequenz oder ein AB-Signal zum Verringern der Frequenz aus. (siehe z. B. R. Jacob Baker, Henry W. Li und David E. Boyce; "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation", IEEE Press, 1998).If in the circuit configuration described above, the two Q outputs both flipflops simultaneously become "1", that sets AND gate both flip flops back. The phase-frequency detector gives in dependence from the phase difference and the frequency difference between the two Input signals an UP signal to increase the frequency or an AB signal to reduce the frequency. (See, for example, R. Jacob Baker, Henry W. Li and David E. Boyce; "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation ", IEEE Press, 1998).

6 zeigt ein Zustandsübergangsdiagramm eines Phase-Frequenz-Detektors (PFD). Der Phase-Frequenz-Detektor ändert den Zustand an steigenden Flanken eines Referenztaktes und eines PLL-Taktes. Wenn z. B. wie in 7 gezeigt die Frequenz eines Referenztaktes 40 MHz und die Frequenz eines PLL-Taktes 37 MHz ist, wird zum Erhöhen der Frequenz während eines Zeitintervalls zwischen den zwei steigenden Flanken ein AUF-Signal ausgegeben. Eine entsprechende Operation wird auch durchgeführt, wenn eine Phasendifferenz zwischen dem Referenztakt und dem PLL-Takt vorhanden ist. Der Phase-Frequenz-Detektor hat im Vergleich mit einem Phasendetektor, der eine Exklusiv-ODER-Schaltung verwendet, folgende Merkmale (siehe z. B. R. Jacob Baker, Henry W. Li, und David E. Boyce; "CMOS Circuit Design, Layout and Simulation", IEEE Press, 1998.)

  • (i) Der Phase-Frequenz-Detektor arbeitet an einer steigenden Flanke eines Eingabetaktes und ist nicht auf die Gestalt der Wellenform wie etwa eine Pulsbreite des Taktes bezogen.
  • (ii) Der Phase-Frequenz-Detektor koppelt nicht an eine Harmonische der Referenzfrequenz.
  • (iii) Da in einem Zeitraum, in dem die Schleife gekoppelt ist, beide Ausgaben logisch "0" sind, wird an der Ausgabe des Schleifenfilters keine Restwelligkeit erzeugt.
6 shows a state transition diagram of a phase-frequency detector (PFD). The phase-frequency detector changes state on rising edges of a reference clock and a PLL clock. If z. B. as in 7 If the frequency of a reference clock is 40 MHz and the frequency of a PLL clock is 37 MHz, an UP signal is output to increase the frequency during a time interval between the two rising edges. A corresponding operation is also performed when there is a phase difference between the reference clock and the PLL clock. The phase-frequency detector has the following features as compared with a phase detector employing an exclusive-OR circuit (see, for example, Jacob Baker, Henry W. Li, and David E. Boyce; "CMOS Circuit Design, Layout and Simulation ", IEEE Press, 1998.)
  • (i) The phase-frequency detector operates on a rising edge of an input clock and is not related to the shape of the waveform, such as a pulse width of the clock.
  • (ii) The phase-frequency detector does not couple to a harmonic of the reference frequency.
  • (iii) Since in a period in which the loop is coupled, both outputs are logic "0", no ripple is produced at the output of the loop filter.

Der Phase-Frequenz-Detektor ist hochempfindlich auf eine Flanke. Wenn eine Flanke eines Referenztaktes aufgrund von Rauschen nicht erkannt werden kann, bleibt der Phase-Frequenz-Detektor in einem Zustand hängen. Bei einem auf einer Exklusiv-ODER-Schaltung basierenden Phasendetektor hingegen ist die durchschnittliche Ausgabe 0 (Null), auch wenn keine Flanke erkannt werden kann. Deshalb

  • (iv) ist der Phase-Frequenz-Detektor empfindlich gegen Rauschen.
The phase-frequency detector is highly sensitive to a flank. If an edge of a reference clock can not be detected due to noise, the phase-frequency detector remains stuck in a state. On the other hand, with a phase detector based on an exclusive-OR circuit, the average output is 0 (zero) even if no edge can be detected. Therefore
  • (iv) the phase-frequency detector is sensitive to noise.

Eine Ladungspumpschaltung setzt die logischen Signale AUF und AB vom Phase-Frequenz-Detektor (PFD) in spezifische analoge Signalpegel (ip, –ip und 0) um. Der Grund für diese Umsetzung ist, daß, da die Signalamplitude innerhalb einer digitalen Schaltung eine große Toleranzbreite hat, eine Umsetzung auf einen spezifischen analogen Signalpegel notwendig ist. (siehe z. B. Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques", 2. Auflage, John Wiley & Sons, 1979, und Heinrich Meyr und Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications", Band 1, John Wiley & Sons, 1990.)A charge pump circuit converts the UP and DOWN logic signals from the Phase Frequency Detector (PFD) to specific analog signal levels (i p , -i p, and 0). The reason for this implementation is that, because the signal amplitude within a digital circuit has a large tolerance width, conversion to a specific analog signal level is necessary. (See, for example, Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques," 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1979, and Heinrich Meyr and Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications," Volume 1, John Wiley & Sons, 1990 .)

Wie in 8A gezeigt, umfaßt eine Ladungspumpschaltung zwei Stromquellen. Um die Modellschaltung zu vereinfachen, wird in diesem Fall angenommen, daß jede der Stromquellen den gleichen Stromwert Ip hat. Um einen Ausgabestrom ip der Ladungspumpschaltung einfach zu beschreiben, wird eine negative Pulsbreite eingeführt, wie in 8B gezeigt. Die logischen Signale AUF und AB öffnen bzw. schließen Schalter S1, S2. Das heißt, das logische Signal AUF schließt den Schalter S1 während eines Zeitraumes positiver Pulsbreite τ, und das logische Signal AB schließt den Schalter S2 während einer Zeitperiode mit negativer Pulsbreite τ. Deshalb ist der Ausgabestrom ip während der Zeitperiode mit Pulsbreite τ gegeben durch die folgende Gleichung. ip = Ip sgn(τ) (2.1.1) As in 8A As shown, a charge pump circuit comprises two current sources. In order to simplify the model circuit, it is assumed in this case that each of the current sources has the same current value I p . In order to easily describe an output current i p of the charge pump circuit, a negative pulse width is introduced as in 8B shown. The logical signals UP and DOWN open and close switches S 1 , S 2 . That is, the logic signal UP closes the switch S 1 during a period of positive pulse width τ, and the logic signal AB closes the switch S 2 during a period of negative pulse width τ. Therefore, the output current i p during the time period of pulse width τ is given by the following equation. i p = I p sgn (τ) (2.1.1)

Anderenfalls ist der Ausgabestrom ip, wie folgt. ip = 0 (2.1.2)(siehe z. B. Mark Van Paemel, "Analysis of Charge-Pump PLL: A New Model", IEEE Trans. Commun. Band 42, Seiten 2490–2498, 1994.)Otherwise, the output current i p is as follows. i p = 0 (2.1.2) (See, eg, Mark Van Paemel, "Analysis of Charge-Pump PLL: A New Model," IEEE Trans. Commun., Vol. 42, pp. 2490-2498, 1994.)

In diesem Fall ist sgn(τ) eine Vorzeichenfunktion. Die Funktion sgn(τ) nimmt einen Wert von + 1 an, wenn τ positiv ist, und nimmt einen Wert von –1 an, wenn τ negativ ist. Wenn die zwei Schalter S1 und S2 offen sind, fließt kein Strom. Deshalb ist der Ausgabeknoten in einem Zustand hoher Impedanz.In this case, sgn (τ) is a sign function. The function sgn (τ) assumes a value of + 1 when τ is positive, and assumes a value of -1 when τ is negative. When the two switches S 1 and S 2 are open, no current flows. Therefore, the output node is in a high impedance state.

Ein Schleifenfilter wandelt einen Strom ip der Ladungspumpschaltung in einen analogen Spannungswert VCTRL um. Wie in 9A gezeigt, kann ein Schleifenfilter erster Ordnung konstruiert werden, wenn ein Widerstand R2 und ein Kondensator C in Reihe geschaltet werden. Wenn ein durch die Gleichungen (2.1.1) und (2.1.2) gegebener konstanter Strom in das Filter eingegeben wird, wird eine zu einer Zeitspanne proportionale elektrische Ladung in den Kondensator C geladen. Das heißt, wie in 9B gezeigt, ändert sich die Steuerspannung VCTRL linear während der Zeitperiode τ. In der anderen Zeitperiode bleibt die Steuerspannung VCTRL konstant (siehe z. B. die Literatur von Mark van Paemel).A loop filter converts a current i p of the charge pump circuit into an analog voltage value V CTRL . As in 9A As shown, a first-order loop filter can be constructed by connecting a resistor R 2 and a capacitor C in series. When a constant current given by equations (2.1.1) and (2.1.2) is input to the filter, an electric charge proportional to a period of time is charged into the capacitor C. That is, as in 9B As shown, the control voltage V CTRL changes linearly during the time period τ. In the other time period, the control voltage V CTRL remains constant (see, for example, the literature by Mark van Paemel).

Figure 00040001
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Der Widerstandswert und der Kapazitätswert des Schleifenfilters sind so gewählt, daß ein Dämpfungskoeffizient und eine natürliche Frequenz optimiert sind. (siehe z. B. Jose Alvarez, Hector Sanchez, Gianfranco Gerosa und Roger Countryman, "A Wide-bandwidth Low-voltage PLL for Power PC Microprocessors", IEEE J. Solid-State Circuits, Band 30, Seiten 383–391, 1995 und Behzad Razavi, "Monolithic Phase-Locked Loops and Clock Recovery Circuits: Theory and Design", IEEE Press, 1996.) Bei der vorliegenden Erfindung ist das Schleifenfilter als ein passives Weichtastfilter konfiguriert, wie in 10 gemäß einer nachfolgend aufgeführten Arbeit von Ronald E. Best gezeigt (siehe Ronald E. Best, "Phase-Locked Loops", 3. Auflage, McGraw-Hill, 1997). Wie in dieser Veröffentlichung von Ronald E. Best offenbart, hat die Kombination eines Phase-Frequenz-Detektors mit einem passiven Weichtastfilter einen unendlichen Synchronisierbereich und Haltebereich, so daß kein Vorteil darin liegt, einen anderen Typ von Filter zu verwenden. In 10 sind C = 250 pF, R1 = 920 Ω und R2 = 360 Ω gesetzt. Der VCO ist, wie in 11 gezeigt, aus dreizehn Stufen von CMOS-Invertern IN-1, IN-2, ... und IN-13 aufgebaut. Die Versorgungsspannung ist 5 V.The resistance value and the capacitance value of the loop filter are selected so that a damping coefficient and a natural frequency are optimized. (See, e.g., Jose Alvarez, Hector Sanchez, Gianfranco Gerosa and Roger Countryman, "A Wide-bandwidth Low-Voltage PLL for Power PC Microprocessors", IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 30, pp. 383-391, 1995 and Behzad Razavi, "Monolithic Phase-Locked Loops and Clock Recovery Circuits: Theory and Design," IEEE Press, 1996.) In the present invention, the loop filter is configured as a passive weighted-field filter, as in U.S. Pat 10 according to a work by Ronald E. Best listed below (see Ronald E. Best, "Phase-Locked Loops", 3rd Ed., McGraw-Hill, 1997). As disclosed in this paper by Ronald E. Best, the combination of a phase-frequency detector with a passive weighted filter has an infinite range of sync and hold, so there is no advantage in using another type of filter. In 10 C = 250 pF, R 1 = 920 Ω and R 2 = 360 Ω are set. The VCO is, as in 11 constructed of thirteen stages of CMOS inverters IN-1, IN-2, ... and IN-13. The supply voltage is 5 V.

Die lineare Kennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators VCO ist gegeben durch die folgende Gleichung. fVCO = KVCOVCTRL (2.3) The linear characteristic of the voltage-controlled oscillator VCO is given by the following equation. f VCO = K VCO V CTRL (2.3)

In diesem Fall ist KVCO eine Verstärkung des VCO, und ihre Einheit ist Hz/V.In this case, K VCO is a gain of the VCO, and its unit is Hz / V.

Wenn die PLL in einem synchronen Zustand ist (ein Zustand, wo eine steigende Flanke eines Referenztaktes mit einer steigenden Flanke eines PLL-Taktes übereinstimmt), gibt der Phase-Frequenz-Detektor kein Signal aus. Die Ladungspumpschaltung, das Schleifenfilter und der VCO, die in den hinteren Stufen der PLL vorgesehen sind, senden/empfangen keine Signale und halten den internen Zustand unverändert aufrecht. Wenn hingegen eine steigende Flanke eines Referenztaktes nicht mit einer steigenden Flanke eines PLL-Taktes übereinstimmt (im asynchronen Zustand), gibt der Phase-Frequenz-Detektor ein AUF-Signal oder ein AB-Signal aus, um die Oszillationsfrequenz des VCO zu verändern. Infolgedessen senden/empfangen die Ladungspumpschaltung, das Schleifenfilter und der VCO, die in den hinteren Stufen der PLL-Schaltung vorgesehen sind, Signale und gehen in einen entsprechenden Zustand über. Daraus könnte man schließen, daß, um ein internes Rauschen der PLL-Schaltung zu messen, die PLL-Schaltung in einen synchronen Zustand gebracht werden muß. Um hingegen ein Kurzschlußversagen oder ein Verzögerungsversagen der PLL-Schaltung zu prüfen, muß die PLL-Schaltung in einen anderen Zustand gebracht werden.When the PLL is in a synchronous state (a state where a rising edge of a reference clock coincides with a rising edge of a PLL clock), the phase-frequency detector does not output a signal. The charge pump circuit, the loop filter and the VCO provided in the rear stages of the PLL do not transmit / receive signals and maintain the internal state unchanged. Conversely, if a rising edge of a reference clock does not match a rising edge of a PLL clock (in the asynchronous state), the phase-frequency detector outputs an UP signal or an AB signal to change the oscillation frequency of the VCO. As a result, the charge pump circuit, the loop filter, and the VCO provided in the rear stages of the PLL circuit send / receive signals and go into a corresponding state. From this one could conclude that in order to measure an internal noise of the PLL circuit, the PLL circuit ge in a synchronous state ge must be brought. In contrast, to check a short-circuit failure or a delay failure of the PLL circuit, the PLL circuit must be brought into a different state.

Nun wird ein zufälliger Jitter beschrieben.Now becomes a random one Jitter described.

Ein Jitter auf einem Takt erscheint als eine Fluktuation einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit einer Reihe von Taktpulsen. Aus diesem Grund wird bei der Übertragung eines Taktsignals die Empfangszeit oder die Pulsbreite des Taktpulses unsicher (siehe z. B. Ron K. Poon, "Computer Circuits Electrical Design", Prentice-Hall, Inc. 1995.) 12 zeigt Jitter einer Anstiegszeitperiode und einer Abfallzeitperiode einer Reihe von Taktpulsen.A jitter on a clock appears as a fluctuation of a rise time and a fall time of a series of clock pulses. For this reason, when a clock signal is transmitted, the reception time or the pulse width of the clock pulse becomes uncertain (see, for example, Ron K. Poon, "Computer Circuits Electrical Design", Prentice-Hall, Inc. 1995.) 12 shows jitter of a rise time period and a fall time period of a series of clock pulses.

Jede Komponente in den in 4 gezeigten Blöcken hat das Potential, einen Jitter zu erzeugen. Unter diesen Komponenten sind die wichtigsten Faktoren für einen Jitter thermisches Rauschen und Schrotrauschen der Inverter, die den VCO bilden. (siehe z. B. Todd C. Weigandt, Beomsup Kim und Paul R. Gray, "Analysis of Timing Jitter in CMOS Ring Oscillators", International Symposium an Circuits and System, 1994.) Deshalb ist der vom VCO erzeugte Jitter eine zufällige Fluktuation und hängt nicht von der Eingabe ab. Bei der vorliegenden Erfindung wird unter der Prämisse, daß die Hauptjitterquelle der VCO ist, angenommen, daß die Messung eines zufälligen Jitters einer Oszillationswellenform des VCO das wichtigste zu lösende Problem ist.Each component in the in 4 The blocks shown have the potential to generate jitter. Among these components, the most important factors for jitter are thermal noise and shot noise of the inverters forming the VCO. (See, for example, Todd C. Weigandt, Beomsup Kim and Paul R. Gray, "Analysis of Timing Jitter in CMOS Ring Oscillators", International Symposium on Circuits and System, 1994.) Therefore, the jitter generated by the VCO is a random fluctuation and does not depend on the input. In the present invention, assuming that the main jitter source is the VCO, it is assumed that the measurement of random jitter of an oscillation waveform of the VCO is the most important problem to be solved.

Um nur einen zufälligen Jitter einer Oszillationswellenform des VCO zu messen, ist es notwendig, daß die PLL-Schaltung alle anderen Komponenten als den VCO inaktiv hält. Deshalb ist es, wie oben erwähnt, wichtig, daß ein der PLL-Schaltung zuzuführendes Referenzeingabesignal streng eine konstante Periode einhält, so daß die geprüfte PLL-Schaltung keinen Phasenfehler induziert. Ein Konzept dieses Meßverfahrens ist in 13 gezeigt.In order to measure only a random jitter of an oscillation waveform of the VCO, it is necessary that the PLL circuit keep all components other than the VCO inactive. Therefore, as mentioned above, it is important that a reference input signal to be supplied to the PLL circuit strictly maintain a constant period, so that the PLL circuit under test does not induce a phase error. One concept of this measurement method is in 13 shown.

Als Vorbereitung für die Diskussion eines Phasenrauschens wird ein Nulldurchgang definiert. Unter der Annahme, daß der Minimalwert –A einer Cosinuswelle A cos(2πf0t) 0% ist und der Maximalwert +A davon 100% ist, entspricht ein Pegel von 50% einer Nullamplitude. Ein Punkt, wo die Schwingungsform einen Nullpegel kreuzt, wird als Nulldurchgang bezeichnet.In preparation for discussing phase noise, a zero crossing is defined. Assuming that the minimum value -A of a cosine wave A cos (2πf 0 t) is 0% and the maximum value + A thereof is 100%, a level of 50% corresponds to a zero amplitude. A point where the waveform crosses a zero level is called a zero crossing.

Ein Phasenrauschen wird mit Bezug auf eine von einem Oszillator erzeugte Cosinuswelle als Beispiel diskutiert. Ein Ausgabesignal XIDEAL(t) eines idealen Oszillators ist eine ideale Cosinuswelle ohne Verzerrung. XDEAL(t) = Accos (2πfct + θc) (2.4) Phase noise is discussed with reference to a cosine wave generated by an oscillator as an example. An ideal oscillator output signal X IDEAL (t) is an ideal cosine wave without distortion. X DEAL (t) = A c cos (2πf c t + θ c ) (2.4)

In diesem Fall sind Ac und fc Nominalwerte einer Amplitude bzw. einer Frequenz, und θc ist ein ursprünglicher Phasenwinkel. Wenn das Ausgabesignal XIDEAL(t) im Frequenzbereich beobachtet wird, wird das Ausgabesignal als ein Linienspektrum gemessen, wie in 14 gezeigt. Beim tatsächlichen Oszillator gibt es einige Abweichungen von den Nominalwerten. In diesem Fall wird das Ausgabesignal ausgedrückt wie folgt. XOSC(t) = [Ac + ε(t)] cos (2πfct + θc + Δφ(t)) (2.5.1) XOSC(t) = Ac cos (2πfct + θc + Δφt)) (2.5.2) In this case, A c and f c are nominal values of amplitude and frequency, respectively, and θ c is an original phase angle. When the output signal X IDEAL (t) is observed in the frequency domain, the output signal is measured as a line spectrum as shown in FIG 14 shown. The actual oscillator has some deviations from the nominal values. In this case, the output signal is expressed as follows. X OSC (t) = [A c + ε (t)] cos (2πf c t + θ c + Δφ (t)) (2.5.1) X OSC (t) = A c cos (2πf c t + θ c + Δφt)) (2.5.2)

In den obigen Gleichungen stellt ε(t) eine Amplitudenfluktuation dar. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Diskussion unter der Annahme gemacht, daß, wie in Gleichung (2.5.2) gezeigt, die Amplitudenfluktuation ε(t) des Oszillators Null ist. In den obigen Gleichungen stellt Δφ(t) eine Phasenfluktuation dar. Das heißt Δφ(t) ist ein Term zur Modulation der idealen Cosinuswelle. Der ursprüngliche Phasenwinkel θc folgt einer gleichförmigen Verteilung im Bereich eines Intervalls (0,2 π). Die Phasenfluktuation Δπ(t) hingegen ist ein Zufallsdatenwert und folgt z. B. einer Gauß-Verteilung. Dieses Δφ(t) wird als Phasenrauschen bezeichnet.In the above equations, ε (t) represents an amplitude fluctuation. In the present invention, the discussion is made on the assumption that, as shown in Equation (2.5.2), the amplitude fluctuation ε (t) of the oscillator is zero. In the above equations, Δφ (t) represents a phase fluctuation. That is, Δφ (t) is a term for modulating the ideal cosine wave. The original phase angle θ c follows a uniform distribution in the range of an interval (0.2 π). The phase fluctuation Δπ (t), however, is a random data value and follows z. B. a Gaussian distribution. This Δφ (t) is called phase noise.

In 15 sind ein Ausgabesignal XIDEAL(t) eines idealen Oszillators und ein Ausgabesignal XOSC(t) eines tatsächlichen Oszillators aufgetragen. Beim Vergleich dieser Signale miteinander kann man erkennen, daß der Nulldurchgang von XOSC(t) durch Δφ(t) verändert ist.In 15 An output signal X IDEAL (t) of an ideal oscillator and an output signal X OSC (t) of an actual oscillator are plotted. Comparing these signals with each other, it can be seen that the zero crossing of X OSC (t) is changed by Δφ (t).

Wenn hingegen, wie in 16 gezeigt, das Oszillationssignal XOSC(t) in den Frequenzbereich transformiert ist, beobachtet man den Einfluß eines Phasenrauschens als eine Spektrumsverbreiterung in der Nähe der Nominalfrequenz f0. Wenn man 15 mit 16 vergleicht, kann man sagen, daß es im Frequenzbereich leichter ist, den Einfluß eines Phasenrauschens zu beobachten. Jedoch kann auch, wenn der in 12 gezeigte Taktpuls in den Frequenzbereich transformiert ist, der Maximalwert der Pulsbereitenfluktuation nicht abgeschätzt werden. Dies liegt daran, daß die Transformation ein Prozeß zur Mittelung der Fluktuation bei bestimmten Frequenzen ist und im Summationsschritt des Prozesses der Maximalwert und der Minimalwert einander aufheben. Deshalb muß bei einem Verfahren zur Abschätzung des Peak-to-Peak-Jitters, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Prozeß im Zeitbereich Kern des Verfahrens sein.If, on the other hand, as in 16 As shown, when the oscillation signal X OSC (t) is transformed into the frequency domain, the influence of phase noise as a spectrum broadening near the nominal frequency f 0 is observed. If 15 With 16 It can be said that it is easier to observe the influence of phase noise in the frequency domain. However, even if the in 12 shown clock pulse is transformed into the frequency domain, the maximum value of Pulsbereitenflktuation not be estimated. This is because the transformation is a process of averaging the fluctuation at certain frequencies, and in the summation step of the process, the maximum value and the minimum value cancel each other out. Therefore, in a process for estimating the peak-to-peak jitter that is the subject of the present invention, a time-domain process must be the core of the process.

Hier wird deutlich gemacht, daß ein additives Rauschen am Referenzeingabeende der PLL-Schaltung gleichbedeutend mit einem additiven Rauschen am Eingabeende des Schleifenfilters ist. (siehe Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques", 2. Auflage, John Wiley & Sons, 1979, und John G. Proakis, "Digital Communications", 2. Auflage, McGraw-Hill, 1989.) 17 zeigt ein additives Rauschen am Referenzeingabeende der PLL-Schaltung. Um die Berechnung zu vereinfachen, wird angenommen, daß ein Phasendetektor der PLL-Schaltung ein Sinuswellenphasendetektor (Mischer) ist.Here, it is made clear that additive noise at the reference input end of the PLL circuit is equivalent to additive noise at the input end of the loop filter. (See Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques," 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1979, and John G. Proakis, "Digital Communications," 2nd Edition, McGraw-Hill, 1989.) 17 shows additive noise at the reference input end of the PLL circuit. To simplify the calculation, it is assumed that a phase detector of the PLL circuit is a sine wave phase detector (mixer).

Die PLL-Schaltung ist phasensynchronisiert mit einem gegebenen Referenzsignal, das durch die folgende Gleichung (2.6) ausgedrückt ist. Xref(t) = Accos(2πfct) (2.6) The PLL circuit is phase locked to a given reference signal expressed by the following equation (2.6). X ref (t) = A c cos (2.pi.f c t) (2.6)

In diesem Fall wird angenommen, daß das folgende, durch die Gleichung (2.7) ausgedrückte additive Rauschen zu diesem Referenzsignal Xref(t) hinzuaddiert wird. Xnoise(t) = ni(t) cos(2πfct) – nq(t) sin(2πfct) (2.7) XVCO(t) = cos(2πfct + Δφ) (2.8) In this case, it is assumed that the following additive noise expressed by the equation (2.7) is added to this reference signal X ref (t). X noise (t) = n i (t) cos (2πf c t) - n q (t) sin (2πf c t) (2.7) X VCO (t) = cos (2πf c t + Δφ) (2.8)

Eine durch die obige Gleichung (2.8) ausgedrückte Oszillationsschwingungsform des VCO und das Referenzsignal Xref(t) + Xnoise(t) werden in den Phasendetektor eingegeben, um in eine Differenzfrequenzkomponente umgewandelt zu werden.An oscillation waveform of the VCO expressed by the above equation (2.8) and the reference signal X ref (t) + X noise (t) are input to the phase detector to be converted into a difference frequency component.

Figure 00070001
Figure 00070001

In diesem Fall ist KPD eine Phasenkomparatorverstärkung. Es ist daher zu verstehen, daß das additive Rauschen des Referenzsignals gleichbedeutend ist mit dem Zuführen eines durch die folgende Gleichung (2.10) gegebenen additiven Rauschens zu einem Eingabeende des Schleifenfilters.In this case, K PD is a phase comparator gain. It is therefore to be understood that the additive noise of the reference signal is equivalent to supplying an additive noise given by the following equation (2.10) to an input end of the loop filter.

Figure 00080001
Figure 00080001

18 zeigt ein additives Rauschen am Eingabeende des Schleifenfilters. Wenn eine spektrale Leistungsdichte des additiven Rauschens am Referenzeingabeende der PLL-Schaltung als N0[V2/Hz] angenommen wird, ist die spektrale Leistungsdichte Gnn(f) des additiven Rauschens am Eingabeende dieses Schleifenfilters ausgehend von Gleichung (2.10) durch die folgende Gleichung (2.11) gegeben. 18 shows additive noise at the input end of the loop filter. When a spectral power density of the additive noise at the reference input end of the PLL circuit is assumed to be N 0 [V 2 / Hz], the spectral power density G nn (f) of the additive noise at the input end of this loop filter is from equation (2.10) by the following Given equation (2.11).

Figure 00080002
Figure 00080002

Außerdem ist an Gleichung (2.9) zu sehen, daß wenn eine Phasendifferenz Δϕ zwischen der Oszillationsschwingungsform des VCO und dem Referenzsignal π/2 wird, eine Ausgabe des Phasendetektors Null wird. Das heißt, wenn ein Sinuswellenphasendetektor verwendet wird, dann ist der VCO mit dem Referenzsignal phasensynchronisiert, wenn die Phase des VCO um 90° gegen die Phase des Referenzsignals verschoben ist. Außerdem wird bei dieser Berechnung das additive Rauschen vernachlässigt.Besides that is to see from equation (2.9) that if a phase difference Δφ between the oscillation waveform of the VCO and the reference signal π / 2, an output of the phase detector becomes zero. That is, if a sine wave phase detector is used, then the VCO is with phase locked to the reference signal when the phase of the VCO by 90 ° against the phase of the reference signal is shifted. Also, in this calculation the additive noise is neglected.

Als nächstes wird unter Verwendung eines in 17 gezeigten Modells von äquivalentem additiven Rauschen ein durch additives Rauschen verursachter Betrag von Jitter verdeutlicht. (Siehe Heinrich Meyr und Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications", Band 1, John Wiley & Sons, 1990). Um den Ausdruck zu vereinfachen, entspricht unter der Annahme, daß θi = 0 ist, die Phase θ0 des Ausgabesignals einem Fehler. Ein Phasenspektrum der Oszillationswellenform des VCO ist gegeben durch die Gleichung (2.12). Gθ₀θ₀ (f) = |H(f)|2Gnn(f) (2.12) Next, using an in 17 The model of equivalent additive noise shown illustrates an amount of jitter caused by additive noise. (See Heinrich Meyr and Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications," Volume 1, John Wiley & Sons, 1990). To the off To simplify printing, assuming that θ i = 0, the phase θ 0 of the output signal corresponds to an error. A phase spectrum of the oscillation waveform of the VCO is given by the equation (2.12). G θ₀θ₀ (f) = | H (f) | 2 G nn (f) (2.12)

In diesem Fall ist H(f) eine Transferfunktion der PLL-Schaltung.In In this case, H (f) is a transfer function of the PLL circuit.

Figure 00080003
Figure 00080003

Da ein Phasenfehler –θ0 ist, ist eine Varianz des Phasenfehlers durch die folgende Gleichung (2.14) gegeben.Since a phase error -θ is 0 , a variance of the phase error is given by the following equation (2.14).

Figure 00090001
Figure 00090001

Indem man Gleichung (2.11) für Gleichung (2.14) einsetzt, werden die folgenden zwei Gleichungen erhalten.By doing equation (2.11) for Equation (2.14) uses the following two equations receive.

Figure 00090002
Figure 00090002

Das heißt, wenn ein Signal-Rauschverhältnis der Schleife

Figure 00090003
groß ist, wird das Phasenrauschen klein. In diesem Fall ist Be eine äquivalente Rauschbandbreite der Schleife.That is, if a signal to noise ratio of the loop
Figure 00090003
is large, the phase noise becomes small. In this case, B e is an equivalent noise bandwidth of the loop.

Wie oben beschrieben, wird ein additives Rauschen am Referenzeingabeende der PLL-Schaltung oder ein additives Rauschen am Eingabeende des Schleifenfilters als ein Ausgabe-Phasenrauschen beobachtet, das eine durch ein der Schleifencharakteristik entsprechendes Tiefpaßfilter durchgeführte Komponente ist. Die Leistung des Phasenrauschens ist umgekehrt proportional zum Signal-Rauschverhältnis der PLL-Schleife.As described above, an additive noise at the reference input end the PLL circuit or an additive noise at the input end of the Loop filter observed as an output phase noise, the a low-pass filter corresponding to one of the loop characteristics conducted Component is. The power of the phase noise is inversely proportional to the signal-to-noise ratio of PLL loop.

Als nächstes wird diskutiert, wie durch internes Rauschen des VCO verursachtes Phasenrauschen die Phase des Ausgabesignals der PLL beeinflußt. (siehe Heinrich Meyr und Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications", Band 1, John Wiley & Sons, 1990). Es wird angenommen, daß das Ausgabesignals des VCO durch die folgende Gleichung (2.16) gegeben ist. XVCO'noise = Accos(2πfct + θp(t) + (t)) (2.16) Next, it will be discussed how phase noise caused by internal noise of the VCO affects the phase of the output signal of the PLL. (See Heinrich Meyr and Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications," Vol. 1, John Wiley & Sons, 1990). It is assumed that the output signal of the VCO is given by the following equation (2.16). X VCO'noise = A c cos (2.pi.f c t + θ p (t) + (t)) (2.16)

In diesem Fall ist θp(t) eine Phase eines idealen VCO. Ein internes thermisches Rauschen oder dergleichen erzeugt ψ(t). Das erzeugte ψ(t) ist ein internes Phasenrauschen und läßt die Phase des VCO zufällig fluktuieren. 19 zeigt ein Modell des internen Phasenrauschens des VCO. Eine Phase θP(S) am Ausgabeende des idealen VCO ist gegeben durch Gleichung (2.17).In this case, θ p (t) is a phase of an ideal VCO. An internal thermal noise or the like generates ψ (t). The generated ψ (t) is an internal phase noise and causes the phase of the VCO to fluctuate randomly. 19 shows a model of the internal phase noise of the VCO. A phase θ P (S) at the output end of the ideal VCO is given by Equation (2.17).

Figure 00090004
Figure 00090004

In diesem Fall ist Φ(t) ein Phasenfehler und entspricht einer Ausgabe des Phasendetektors. Φ(s) = θi(s) – θo(s) = θi(s) – (θp(s) + ψ(s)) (2.18) In this case, Φ (t) is a phase error and corresponds to an output of the phase detector. Φ (s) = θ i (s) - θ O (s) = θ i (s) - (θ p (s) + ψ (s)) (2.18)

Wenn man das θP(S) aus Gleichung (2.17) für das aus Gleichung (2.18) einsetzt, wird folgende Gleichung (2.19) erhalten.Taking the θ P (S) of equation (2.17) for that of equation (2.18), the following equation (2.19) is obtained.

Figure 00100001
Figure 00100001

Die folgende Gleichung (2.20.1) kann durch Umordnen der obigen Gleichung (2.19) erhalten werden.The The following equation (2.20.1) can be obtained by rearranging the above equation (2.19).

Figure 00100002
Figure 00100002

Indem man Gleichung (2.13) für Gleichung (2.20.1) einsetzt, wird folgende Gleichung (2.20.2) erhalten. Φ(s) = (1 – H(s))(θi(s) – ψ(s)) (2.20.2) By substituting equation (2.13) for equation (2.20.1), the following equation (2.20.2) is obtained. Φ (s) = (1-H (s)) (θ i (s) - ψ (s)) (2.20.2)

Die durch internes Rauschen des VCO verursachte Phasenfluktuation ist daher gegeben durch folgende Gleichung (2.21).The is phase fluctuation caused by internal noise of the VCO therefore given by the following equation (2.21).

Figure 00100003
Figure 00100003

Das heißt, ein internes Phasenrauschen des VCO wird als Phasenrauschen eines Ausgabesignals der PLL-Schaltung beobachtet, die eine durch ein Hochpaßfilter durchgegangene Komponente ist. Dieses Hochpaßfilter entspricht einer Phasenfehlertransferfunktion der Schleife.The is called, an internal phase noise of the VCO is called phase noise of a Output signal of the PLL circuit observed, the one through highpass filter is gone component. This high pass filter corresponds to a phase error transfer function the loop.

Wie oben angegeben, wird aus einem internen thermischen Rauschen des VCO ein Phasenrauschen einer Oszillationswellenform des VCO. Außerdem wird ein durch das einem Schleifenphasenfehler entsprechende Hochpaßfilter durchgegangene Komponente als Ausgabephasenrauschen beobachtet.As stated above, is made of an internal thermal noise of the VCO is a phase noise of an oscillation waveform of the VCO. In addition, will a high-pass filter corresponding to a loop phase error gone through component observed as output phase noise.

Additives Rausches der PLL-Schaltung und/oder internes thermisches Rauschen des VCO wird in ein Phasenrauschen einer Oszillationswellenform des VCO umgewandelt. Additives Rauschen der PLL-Schaltung und/oder internes thermisches Rauschen des VCO wird entsprechend dem Weg von einem Rauschen erzeugenden Block durch die Ausgabe der PLL-Schaltung als Phasenrauschen mit einer niederfrequenten oder einer hochfrequenten Komponente beobachtet. Man erkennt daher, daß das Rauschen der PLL-Schaltung eine Phasenfluktuation einer Oszillationsschwingungsform des VCO bewirken kann. Dies ist äquivalent zu einer Spannungsänderung am Eingabeende des VCO. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein additives Rauschen dem Eingabeende des VCO zugeführt, um die Phase einer Wellenform des VCO zufällig zu modulieren, so daß ein Jitter simuliert wird. 20 zeigt ein Verfahren zum Simulieren eines Jitters.Additive noise of the PLL circuit and / or internal thermal noise of the VCO is converted into phase noise of an oscillation waveform of the VCO. Additive noise of the PLL circuit and / or internal thermal noise of the VCO is observed corresponding to the path from a noise generating block through the output of the PLL circuit as phase noise with a low frequency or a high frequency component. It can therefore be seen that the noise of the PLL circuit can cause a phase fluctuation of an oscillation waveform of the VCO. This is equivalent to a voltage change at the input end of the VCO. In the present invention, additive noise is applied to the input end of the VCO to randomly modulate the phase of a waveform of the VCO so as to simulate jitter. 20 shows a method for simulating a jitter.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Messen eines Jitters eines Taktes erläutert. Ein Peak-to-Peak-Jitter wird im Zeitbereich gemessen, und ein RMS-Jitter wird im Frequenzbereich gemessen. Jedes dieser herkömmlichen Jitter-Meßverfahren benötigt ca. 10 Minuten Prüfzeit. Bei einer VLSI-Prüfung stehen jedoch nur ca. 100 ms Prüfzeit für einen Prüfgegenstand zur Verfügung. Das herkömmliche Jitter-Meßverfahren kann daher nicht für eine Prüfung in der VLSI-Produktionsstrecke eingesetzt werden.When next A method of measuring a jitter of a clock will be explained. One Peak-to-peak jitter is measured in the time domain and an RMS jitter is in the frequency domain measured. Each of these conventional Jitter measurement method needed approx. 10 minutes test time. In a VLSI test However, only about 100 ms test time for one test article to disposal. The conventional one Jitter measurement method therefore can not for an exam used in the VLSI production line.

Beim Studium des Verfahrens zum Messen eines Jitters ist der Nulldurchgang ein wichtiges Konzept. Aus dem Gesichtspunkt der Periodenmessung wird eine Beziehung zwischen den Nulldurchgängen einer Wellenform und den Nulldurchgängen der Grundwellenform ihrer Grundfrequenz diskutiert. Es wird gezeigt, daß "die Grundfrequenz der Wellenform die Nulldurchgangsinformation der ursprünglichen Wellenform enthält". Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Merkmal der Grundwellenform als "Nulldurchgangstheorem" bezeichnet. Eine Erläuterung wird für eine in 21 als Beispiel gezeigte ideale Taktwellenform Xd50%(t) mit einem Tastverhältnis von 50% diskutiert. Wenn angenommen wird, daß eine Periode dieser Taktwellenform T0 ist, ist die Fouriertransformierte der Taktwellenform durch die folgende Gleichung (3.1) gegeben. (Siehe z. B. Literaturhinweis c1.)

Figure 00110001
When studying the method of measuring a jitter, zero crossing is an important concept. From the viewpoint of period measurement, a relationship between the zero-crossings of a waveform and the zero-crossings of the fundamental waveform of its fundamental frequency is discussed. It is shown that "the fundamental frequency of the waveform contains the zero-crossing information of the original waveform". In the present invention, this feature of the basic waveform is called a "zero crossing theorem". An explanation will be given for an in 21 as an example ideal clock waveform X d50% (t) with a duty cycle of 50% is discussed. Assuming that one period of this clock waveform T is 0 , the Fourier transform of the clock waveform is given by the following equation (3.1). (See, for example, reference c1.)
Figure 00110001

Das heißt, eine Periode der Grundwelle ist gleich einer Periode des Taktes.The is called, a period of the fundamental wave is equal to a period of the clock.

Figure 00110002
Figure 00110002

Wenn die Grundwellenform des Taktsignals extrahiert wird, entsprechen ihre Nulldurchgänge den Nulldurchgängen der ursprünglichen Taktwellenform. Deshalb kann eine Periode einer Taktwellenform aus den Nulldurchgängen ihrer Grundwellenform abgeschätzt werden. In diesem Fall wird die Abschätzungsgenauigkeit auch dann nicht verbessert, wenn einige Harmonische zur Grundwellenform hinzuaddiert werden. Harmonische und Abschätzungsgenauigkeit einer Periode werden später überprüft.If the fundamental waveform of the clock signal is extracted, correspond their zero crossings the zero crossings the original one Clock waveform. Therefore, one period of a clock waveform can turn off the zero crossings estimated their basic waveform become. In this case, the estimation accuracy becomes even then not improved when adding some harmonic to the fundamental waveform become. Harmonic and estimation accuracy a period will be checked later.

Als nächstes werden eine Hilbert-Transformation und ein analytisches Signal erläutert (siehe z. B. Literaturhinweis c2).When next a Hilbert transform and an analytic signal are explained (see z. Eg reference c2).

Wie aus Gleichung (3.1) zu sehen ist, kann, wenn die Fouriertransformierte der Wellenform Xa(t) berechnet wird, ein Leistungsspektrum Saa(f) erhalten werden, das von negativen zu positiven Frequenzen reicht. Dies wird als zweiseitiges Leistungsspektrum bezeichnet. Das negative Frequenzspektrum ist ein an der f = 0-Achse gespiegeltes Bild des positiven Frequenzspektrums. Deshalb ist das zweiseitige Leistungsspektrum um die f = 0-Achse symmetrisch, d. h. Saa(–f) Saa(f). Das Spektrum der negativen Frequenzen ist jedoch nicht beobachtbar. Es kann ein Spektrum Gaa(f) definiert werden, bei dem negative Frequenzen auf Null beschnitten sind und statt dessen die beobachtbaren positiven Frequenzen verdoppelt sind. Dies wird als einseitiges Leistungsspektrum bezeichnet. Gaa(f) = 2Saa(f) f > 0 Gaa(f) = 0 f < 0 (3.3.1) Gaa(f) = Saa(f)[1 + sgn(f)] (3.3.2) As can be seen from equation (3.1), when the Fourier transform of the waveform X a (t) is calculated, a power spectrum S aa (f) ranging from negative to positive frequencies can be obtained. This is called a two-sided performance spectrum. The negative frequency spectrum is a mirrored image of the positive frequency spectrum on the f = 0 axis. Therefore, the two-sided power spectrum is symmetric about the f = 0 axis, ie, S aa (-f) S aa (f). The spectrum of negative frequencies is not observable. A spectrum G aa (f) can be defined in which negative frequencies are truncated to zero and instead the observable positive frequencies are doubled. This is called a one-sided performance spectrum. G aa (f) = 2S aa (f) f> 0 G aa (f) = 0 f <0 (3.3.1) G aa (f) = S aa (f) [1 + sgn (f)] (3.3.2)

In diesem Fall ist sgn(f) eine Vorzeichenfunktion, die den Wert + 1 annimmt, wenn f positiv ist, und den Wert –1 annimmt, wenn f negativ ist. Dieses einseitige Spektrum entspricht einem Spektrum eines analytischen Signals z(t). Das analytische Signal z(t) kann im Zeitbereich wie folgt ausgedrückt werden.In In this case, sgn (f) is a sign function that has the value + 1 if f is positive and takes the value -1, if f is negative is. This one-sided spectrum corresponds to a spectrum of a analytic signal z (t). The analytic signal z (t) can be in the time domain expressed as follows become.

Figure 00120001
Figure 00120001

Der Realteil entspricht der ursprünglichen Wellenform Xa(t). Der Imaginärteil ist gegeben durch die Hilbert-Transformierte x ⌢a(t) der ursprünglichen Wellenform. Wie die Gleichung (3.5) zeigt, ist die Hilbert-Transformierte x ⌢a(t) einer Wellenform Xa(t) gegeben durch eine Faltung der Wellenform Xa(t) mit 1/πt.The real part corresponds to the original waveform X a (t). The imaginary part is given by the Hilbert transform x ⌢ a (t) of the original waveform. As the equation (3.5) shows, the Hilbert transform x ⌢ a (t) of a waveform X a (t) is given by a convolution of the waveform X a (t) with 1 / πt.

Bestimmen wir nun die Hilbert-Transformierte einer bei der vorliegenden Erfindung gehandhabten Wellenform. Zunächst wird die Hilbert-Transformierte einer Cosinuswelle abgeleitet.Determine Let us now turn to the Hilbert transform of the present invention managed waveform. First the Hilbert transform is derived from a cosine wave.

Figure 00120002
Figure 00120002

Da das Integral des ersten Terms gleich Null ist und das Integral des zweiten Terms n ist, wird folgende Gleichung (3.6) erhalten. H[cos(2πf0t)] = sin(2πf0t) (3.6) Since the integral of the first term is zero and the integral of the second term is n, the following equation (3.6) is obtained. H [cos (2.pi.f 0 t)] = sin (2πf 0 t) (3.6)

In entsprechender Weise wird folgende Gleichung (3.7) erhalten. H[sin(2πf0t)] = – cos(2πf0t) (3.7) In a corresponding manner, the following equation (3.7) is obtained. H [sin (2.pi.f 0 t)] = - cos (2πf 0 t) (3.7)

Als nächstes wird die Hilbert-Transformierte einer Rechteckwelle, die einer Taktwellenform entspricht, abgeleitet (siehe z. B. Literaturhinweis c3). Die Fourierreihe einer in 21 gezeigten idealen Taktwellenform ist gegeben durch die folgende Gleichung (3.8).Next, the Hilbert transform is derived from a square wave corresponding to a clock waveform (see, for example, reference c3). The Fourier series of an in 21 The ideal clock waveform shown is given by the following equation (3.8).

Figure 00130001
Figure 00130001

Die Hilbert-Transformierte ist unter Verwendung der Gleichung (3.6) gegeben durch folgende Gleichung (3.9).The Hilbert transform is using equation (3.6) given by the following equation (3.9).

Figure 00130002
Figure 00130002

22 zeigt Beispiele einer Taktwellenform und ihrer Hilbert-Transformierten. Diese Wellenformen basieren auf der partiellen Summation bis jeweils zur Harmonischen 11. Ordnung. Die Periode TO ist bei diesem Beispiel 20 ns. 22 shows examples of a clock waveform and its Hilbert transform. These waveforms are based on the partial summation up to the harmonic 11 , Order. The period T O is 20 ns in this example.

Ein analytisches Signal z(t) wird von J. Dugundji eingeführt, um eine Umhüllende einer Wellenform eindeutig zu erhalten. (Siehe z. B. Literaturhinweis c4). Wenn ein analytisches Signal in einem Polarkoordinatensystem ausgedrückt wird, werden die folgenden Gleichungen (3.10.1), (3.10.2) und (3.10.3) erhalten.One analytic signal z (t) is introduced by J. Dugundji to an envelope to get a waveform clearly. (See, for example, literature reference c4). When an analytic signal in a polar coordinate system expressed the following equations (3.10.1), (3.10.2) and (3.10.3) receive.

Figure 00130003
Figure 00130003

In diesem Fall stellt A(t) eine Umhüllende von Xa(t) dar. Aus diesem Grund wird z(t) von J. Dugundji als "pre-envelope" bezeichnet. Ferner stellt Θ(t) eine momentane Phase von Xa(t) dar. Beim Verfahren zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Abschätzen dieser momentanen Phase der Kern.In this case, A (t) represents an envelope of X a (t). For this reason, z (t) is referred to by J. Dugundji as "pre-envelope." Further, Θ (t) represents an instantaneous phase of X a (t). In the method of measuring a jitter according to the present invention, a method of estimating this instantaneous phase is the core.

Wenn eine gemessene Wellenform als komplexe Zahl behandelt wird, können ihre Umhüllende und momentane Phase einfach erhalten werden. Die Hilbert-Transformation ist ein Werkzeug zum Umformen einer Wellenform in ein analytisches Signal. Ein analytisches Signal kann erhalten werden durch die Prozedur des folgenden Algorithmus 1.If A measured waveform can be treated as a complex number envelope and instantaneous phase can be easily obtained. The Hilbert Transformation is a tool for transforming a waveform into an analytical one Signal. An analytical signal can be obtained by the procedure the following algorithm 1.

Algorithmus 1 (Prozedur zum Umformen einer realen Wellenform in ein analytisches Signal):

  • 1. Eine Wellenform wird unter Verwendung der schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert;
  • 2. negative Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten und positive Frequenzkomponenten werden verdoppelt; und
  • 3. das Spektrum wird mit Hilfe von inverser schneller Fouriertransformation in den Zeitbereich transformiert.
Algorithm 1 (procedure for transforming a real waveform into an analytic signal):
  • 1. A waveform is transformed into the frequency domain using the fast Fourier transform;
  • 2. Negative frequency components are truncated to zero and positive frequency components are doubled; and
  • 3. the spectrum is transformed by means of inverse fast Fourier transformation into the time domain.

Als nächstes wird ein "Phasenauspackverfahren" (phase unwrap method) zum Umwandeln einer Phase in eine kontinuierliche Phase kurz beschrieben.When next becomes a "phase unwrap method" for converting a phase into a continuous phase.

Das Phasenauspackverfahren ist ein Verfahren, das vorgeschlagen wird, um ein komplexes Cepstrum zu erhalten. (siehe z. B. Literaturhinweis c5.) Wenn eine komplexe logarithmische Funktion log(z) als eine willkürliche komplexe Zahl definiert wird, die elog(z) = z erfüllt, kann die folgende Gleichung (3.11) erhalten werden. (siehe z. B. Literaturhinweis c6.) log(z) = log|z| + jARG(z) (3.11) The phase unpacking method is a method proposed to obtain a complex cepstrum. (See, for example, reference c5.) If a complex logarithmic function log (z) is defined as an arbitrary complex number satisfying e log (z) = z, the following equation (3.11) can be obtained. (See, for example, reference c6.) log (z) = log | z | + jARG (z) (3.11)

Als Ergebnis der Fouriertransformation einer zeitlichen Wellenform Xa(n) wird Sa(e) angenommen. Wenn dessen logarithmisches Betragsspektrum log|Sa(e)| und Phasenspektrum ARG[Sa(e)] einem Realteil bzw. einem Imaginärteil eines komplexen Spektrums entsprechen und inverse Fouriertransformation angewendet wird, kann ein komplexes Cepstrum Ca(n) erhalten werden.As a result of the Fourier transform of a temporal waveform X a (n), S a (e ) is assumed. If its logarithmic magnitude spectrum log | S a (e ) | and phase spectrum ARG [S a (e )] correspond to a real part and an imaginary part of a complex spectrum, respectively, and perform inverse Fourier transformation is used, a complex cepstrum C a (n) can be obtained.

Figure 00140001
Figure 00140001

In diesem Fall stellt ARG den Hauptwert der Phase dar. Der Hauptwert der Phase liegt im Bereich [–π, π]. Es bestehen Unstetigkeitspunkte bei –π und +π im Phasenspektrum des zweiten Terms. Da ein Einfluß dieser Unstetigkeitspunkte sich über den gesamten Zeitbereich durch Anwendung von inverser Fouriertransformation ausbreitet, kann ein komplexes Cepstrum nicht genau abgeschätzt werden. Um eine Phase in eine kontinuierliche Phase umzuwandeln, wird eine ausgepackte Phase eingeführt. Eine ausgepackte Phase kann eindeutig angegeben werden durch Integrieren einer abgeleiteten Funktion einer Phase.In In this case ARG represents the main value of the phase. The main value the phase is in the range [-π, π]. There are Discontinuity points at -π and + π in the phase spectrum of the second term. There is an influence of these discontinuities over the entire time domain by applying inverse Fourier transform a complex cepstrum can not be estimated accurately. To convert a phase into a continuous phase, a unpacked phase introduced. An unwrapped phase can be clearly indicated by integrating a derived function of a phase.

Figure 00140002
Figure 00140002

wobei arg eine ausgepackte Phase darstellt. Ein Algorithmus zum Erhalten einer ausgepackten Phase durch Beseitigen von Diskontinuitätspunkten aus einem Phasenspektrum im Zeitbereich ist von Ronald W. Schäfer und Donald G. Childers entwickelt worden (siehe z. B. Literaturhinweis c7).in which arg is an unwrapped phase. An algorithm for obtaining an unwrapped phase by eliminating discontinuity points from a phase spectrum in the time domain is by Ronald W. Schäfer and Donald G. Childers (see, for example, reference c7).

Algorithmus 2:Algorithm 2:

  • 1 ARG(0) = 0,C(0) = 01 ARG (0) = 0, C (0) = 0
  • 2
    Figure 00150001
    2
    Figure 00150001
  • 3 arg(k) = ARG(k) + C(k)3 arg (k) = ARG (k) + C (k)

Eine ausgepackte Phase wird mit dem obigen Algorithmus 2 erhalten. Zunächst wird durch Gewinnen von Differenzen zwischen den Hauptwerten benachbarter Phasen eine Beurteilung durchgeführt, um festzustellen, ob es einen Unstetigkeitspunkt gibt. Wenn es einen Unstetigkeitspunkt gibt, wird ±2π zum Hauptwert addiert, um den Unstetigkeitspunkt aus dem Phasenspektrum zu beseitigen (vgl. Literaturhinweis c7).A Unpacked phase is obtained with Algorithm 2 above. First, will by obtaining differences between the principal values of neighboring ones Stages an assessment conducted, to determine if there is a discontinuity point. If there is one Discontinuity point, ± 2π is added to the main value, to remove the point of discontinuity from the phase spectrum (cf. Reference c7).

Bei dem obigen Algorithmus 2 wird angenommen, daß eine Differenz zwischen benachbarten Phasen kleiner als π ist. Die Auflösung zum Beobachten eines Phasenspektrums muß daher klein genug sein. Bei einer Frequenz in der Nähe eines Pols (einer Resonanzfrequenz) ist die Phasendifferenz zwischen den benachbarten Phasen jedoch größer als π. Wenn die Frequenzauflösung zum Beobachten eines Phasenspektrums zu grob ist, kann nicht beurteilt werden, ob eine Phase um 2π oder mehr erhöht oder verringert ist. Deshalb kann eine ausgepackte Phase nicht genau erhalten werden. Dieses Problem ist von Jose M. Tribolet gelöst worden. Jose M. Tribolet schlug ein Verfahren vor, bei dem die Integration der abgeleiteten Funktion einer Phase in der Gleichung (3.12) durch eine numerische Integration basierend auf einer Trapezregel approximiert wird und eine Unterteilungsbreite des Integrationsbereiches adaptiv in kleine Stücke unterteilt wird, bis ein abgeschätzter Phasenwert für die Bestimmung, ob eine Phase um 2π oder mehr erhöht oder vermindert ist, erhalten wird (vgl. z. B. Literaturhinweis c8). Auf diese Weise wird eine ganze Zahl I der folgenden Gleichung (3.14) gefunden. arg[Sa(e)] = ARG[Sa(e)] + 2πI(Ω) (3.14) In the above algorithm 2, it is assumed that a difference between adjacent phases is smaller than π. The resolution for observing a phase spectrum must therefore be small enough. However, at a frequency near a pole (a resonance frequency), the phase difference between the adjacent phases is larger than π. If the frequency resolution for observing a phase spectrum is too coarse, it can not be judged whether a phase is increased or decreased by 2π or more. Therefore, an unwrapped phase can not be accurately obtained. This problem has been solved by Jose M. Tribolet. Jose M. Tribolet proposed a method in which the integration of the derived function of a phase in equation (3.12) is approximated by a numerical integration based on a trapezoidal rule, and a division width of the integration range is adaptively divided into small pieces until an estimated phase value for determining whether a phase is increased or decreased by 2π or more (see, for example, reference c8). In this way, an integer I of the following equation (3.14) is found. arg [S a (e )] = ARG [p a (e )] + 2πI (Ω) (3.14)

Tribolet's Algorithmus ist von Kuno P. Zimmermann auf einen Phasenauspackalgorithmus im Zeitbereich erweitert worden (siehe z. B. Literaturhinweis c9).Tribolet's algorithm is by Kuno P. Zimmermann on a phase unpacking algorithm in the time domain been expanded (see, for example, reference c9).

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Phasenauspacken genutzt, um eine momentane Phasen-Wellenform im Zeitbereich durch Beseitigen von Unstetigkeitspunkten bei –π und +π aus der momentanen Phasen-Wellenform in eine kontinuierliche Phase umzuformen. Eine Abtastbedingung zum eindeutigen Durchführen des Phasenauspackens im Zeitbereich wird später diskutiert.In the present invention, phase unpacking is used to obtain a current phase waveform in the time domain by eliminating discontinuity points at -π and + π from the current one Transform phase waveform into a continuous phase. A sampling condition for uniquely performing phase unpacking in the time domain will be discussed later.

Als nächstes wird ein lineares Trendabschätzungsverfahren kurz beschrieben, das benutzt wird, um aus einer kontinuierlichen Phase eine lineare Phase zu erhalten (siehe z. B. Literaturhinweise c10 und c11).When next becomes a linear trend estimation method briefly described, which is used to make a continuous Phase to obtain a linear phase (see, for example, Bibliography c10 and c11).

Das Ziel des linearen Trendabschätzungsverfahrens ist, eine lineare Phase g(x) zu finden, die an einen Phasendatenwert yi anpaßbar ist. g(x) = a + bx (3.1 5) The goal of the linear trend estimation method is to find a linear phase g (x) that is adaptive to a phase data y i . g (x) = a + bx (3.1 5)

In diesem Fall sind "a" und "b" die zu findenden Konstanten. Ein quadratischer Fehler R zwischen g(xi) und jedem Datenwert (xi, yi) ist durch folgende Gleichung (3.16) gegeben.In this case, "a" and "b" are the constants to be found. A quadratic error R between g (x i ) and each data (x i , y i ) is given by the following equation (3.16).

Figure 00160001
Figure 00160001

In diesem Fall ist L die Zahl der Phasendatenwerte. Eine lineare Phase zum Minimieren des quadratischen Fehlers wird gefunden. Eine partielle Differenzierung der Gleichung (3.16) gegen jede der unbekannten Konstanten a und b wird berechnet und das Ergebnis wird auf Null gesetzt. Dann können die folgenden Gleichungen (3.17.1) und (3.17.2) erhalten werden.In In this case, L is the number of phase data values. A linear phase to minimize the quadratic error is found. A partial Differentiation of equation (3.16) against each of the unknown constants a and b are calculated and the result is set to zero. Then can the following equations (3.17.1) and (3.17.2) are obtained.

Figure 00160002
Figure 00160002

Diese Gleichungen werden transformiert, um die folgende Gleichung (3.18) zu erhalten.These Equations are transformed to satisfy the following equation (3.18) to obtain.

Figure 00160003
Figure 00160003

Deshalb kann folgende Gleichung (3.19) erhalten werden.Therefore the following equation (3.19) can be obtained.

Figure 00160004
Figure 00160004

Das heißt, eine lineare Phase kann aus den folgenden Gleichungen (3.20.1) und 3.20.2) abgeschätzt werden.The is called, a linear phase can be obtained from the following equations (3.20.1) and 3.20.2).

Figure 00160005
Figure 00160005

Bei der vorliegenden Erfindung wird zum Abschätzen einer linearen Phase aus einer kontinuierlichen Phase ein lineares Trendabschätzungsverfahren benutzt.at The present invention is for estimating a linear phase a continuous phase, a linear trend estimation method used.

Wie aus der obigen Diskussion deutlich wird, wird beim herkömmlichen Verfahren zum Messen eines Jitters ein Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich unter Verwendung eines Oszilloskops und ein RMS-Jitter im Frequenzbereich unter Verwendung eines Spektralanalysators gemessen.As from the above discussion becomes conventional Method for measuring a jitter, a peak-to-peak jitter in the time domain using an oscilloscope and an RMS jitter in the frequency domain measured using a spectral analyzer.

Beim Verfahren zum Messen eines Jitters im Zeitbereich wird ein Peak-to-Peak Jitter JPP eines Taktsignals im Zeitbereich gemessen. Eine relative Fluktuation zwischen Nulldurchgängen wird als Peak-to-Peak-Jitter JPP zum Problem. Wenn z. B. bei einem Taktsignal in einem Computer oder dergleichen, wie in 81a gezeigt, ein jitterfreies Taktsignal eine durch eine gestrichelte Linie gezeigte Wellenform hat, fluktuiert bei einem jitternden Taktsignal, bei dem z. B. auf einen Anstiegspunkt der Wellenform geachtet wird, ein Zeitintervall Tint zwischen einem Anstiegspunkt und dem nächsten Anstiegspunkt von dem Anstiegspunkt der gestrichelten Wellenform als Mitte zur führenden und zur nacheilenden Seite. Dieses momentane Intervall Tint wird als Peak-to-Peak-Jitter JPP erhalten. 23 und 24 zeigen ein gemessenes Beispiel eines Peak-to-Peak-Jitters, gemessen mit einem Oszilloskop bzw. dem Meßsystem. Ein zu prüfendes Taktsignal wird an einen Referenzeingang des Phasendetektors angelegt. In diesem Fall bilden der Phasendetektor und der Signalgenerator eine phasengekoppelte Schleife. Ein Signal des Signalgenerators wird mit dem geprüften Taktsignal synchronisiert und einem Oszilloskop als Triggersignal zugeführt. Bei diesem Beispiel wird ein Jitter der steigenden Flanke des Taktsignals beobachtet. Eine rechteckige Zone wird benutzt, um einen vom Signal zu kreuzenden Pegel zu spezifizieren. Ein Jitter wird gemessen als variierende Komponente des Zeitabstandes zwischen "einem Zeitpunkt, wo das geprüfte Taktsignal den spezifizierten Pegel kreuzt" und "einem durch das Triggersignal gegebenen Referenzzeitpunkt". Dieses Verfahren erfordert einen längeren Zeitraum für die Messung. Aus diesem Grund muß das Triggersignal mit dem geprüften Taktsignal phasensynchronisiert sein, so daß die Messung nicht durch eine Frequenzdrift des geprüften Taktsignals beeinflußt wird.In the method of measuring a jitter in the time domain, a peak-to-peak jitter J PP of a clock signal in the time domain is measured. A relative fluctuation between zero crossings becomes a problem as a peak-to-peak jitter J PP . If z. At a clock signal in a computer or the like, as in 81a shown, a jitter-free clock signal has a waveform shown by a dashed line, fluctuates in a jittering clock signal in which z. For example, if a rise point of the waveform is considered, a time interval T int between a rise point and the next rise point from the rise point of the dashed waveform as the center to the leading and trailing sides. This instantaneous interval T int is obtained as a peak-to-peak jitter J PP . 23 and 24 show a measured example of a peak-to-peak jitter, measured with an oscilloscope or the measuring system. A clock signal to be tested is applied to a reference input of the phase detector. In this case, the phase detector and the signal generator form a phase-locked loop. A signal from the signal generator is synchronized with the tested clock signal and fed to an oscilloscope as a trigger signal. In this example, a jitter of the rising edge of the clock signal is observed. A rectangular zone is used to specify a level to be crossed by the signal. A jitter is measured as a varying component of the time interval between "a time when the tested clock signal crosses the specified level" and "a reference time given by the trigger signal". This procedure requires a longer period for the measurement. For this reason, the trigger signal must be phase locked to the clock signal under test, so that the measurement is not affected by a frequency drift of the clock signal under test.

Eine Messung des Jitters im Zeitbereich entspricht einer Messung einer Fluktuation eines Zeitpunktes, wo das Signal einen Pegel kreuzt. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung als Nulldurchgangsverfahren bezeichnet. Da eine Änderungsgeschwindigkeit einer Wellenform am Nulldurchgang maximal ist, ist der Zeitfehler einer Zeitpunktmessung am Nulldurchgang minimal.A Measurement of the jitter in the time domain corresponds to a measurement of a Fluctuation of a time when the signal crosses a level. This is referred to as the zero crossing method in the present invention designated. Because a rate of change a waveform at the zero crossing is maximum, is the time error a time measurement at the zero crossing minimal.

Figure 00170001
Figure 00170001

In 25(a) ist der Nulldurchgang jeweils durch kleine Kreise angegeben. Ein Zeitintervall zwischen einem Zeitpunkt ti, bei dem eine steigende Flanke einen Nullamplitudenpegel kreuzt, und einem Zeitpunkt ti+2, wo eine nächste steigende Flanke einen Nullamplitudenpegel kreuzt, gibt eine Periode dieser Cosinuswelle. 25(b) zeigt eine aus dem Nulldurchgang erhaltene momentane Periode Pinst (gefunden anhand benachbarter Nulldurchgänge ti+1, und ti +2). Eine momentane Frequenz finst ist gegeben durch den Kehrwert von Pinst. pinst(ti+2) = ti+2 – ti, pinst(ti+2) = 2(ti +2 – ti +1) (3.22.1) finst(ti+2) = 1/pinst(ti+2) (3.22.2) In 25 (a) the zero crossing is indicated in each case by small circles. A time interval between a time t i at which a rising edge crosses a zero amplitude level and a time t i + 2 where a next rising edge crosses a zero amplitude level gives a period of this cosine wave. 25 (b) shows a current period P inst obtained from the zero crossing (found from adjacent zero crossings t i + 1 , and t i + 2 ). A momentary frequency f inst is given by the reciprocal of P inst . p inst (t i + 2 ) = t i + 2 - t i , p inst (t i + 2 ) = 2 (t i +2 - t i +1 ) (3.22.1) f inst (t i + 2 ) = 1 / p inst (t i + 2 ) (3.22.2)

Probleme bei der Messung eines Jitters im Zeitbereich werden diskutiert. Um einen Jitter zu messen, wird eine steigende Flanke eines geprüften Taktsignals Xc(t) mit Hilfe eines Oszilloskops am Zeitpunkt des Nulldurchgangs aufgefangen. Xc(i) = Accos(2πfct + θc + Δφ(t)) (3.23) Problems in measuring a jitter in the time domain are discussed. In order to measure a jitter, a rising edge of a tested clock signal X c (t) is captured by means of an oscilloscope at the time of zero crossing. X c (i) = A c cos (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) (3.23)

Dies bedeutet, daß nur Xc(t), das die nächste, durch die folgende Gleichung (3.24) gegebene Phasenwinkelbedingung erfüllt, gesammelt werden kann.This means that only X c (t) satisfying the next phase angle condition given by the following equation (3.24) can be collected.

Figure 00180001
Figure 00180001

Eine Dichtefunktion der Wahrscheinlichkeit, daß ein Abtastwert dem Nulldurchgang einer steigenden Flanke entspricht, ist durch folgende Gleichung (3.25) gegeben. (siehe z. B. Literaturhinweis c10.)

Figure 00180002
A density function of the probability that a sample corresponds to the zero crossing of a rising edge is given by the following equation (3.25). (See, for example, reference c10.)
Figure 00180002

Deshalb ist die zum zufälligen Abtasten eines geprüften Taktsignals zum Sammeln von Phasenrauschen Δϕ(t3π/2) von N Punkten benötigte Zeitdauer gegeben durch folgende Gleichung (3.26). (2πAc)(NTO) (3.26) Therefore, the time taken for randomly sampling a clock signal under test for collecting phase noise Δφ (t 3π / 2 ) from N points is given by the following equation (3.26). (2πA c (NT) O ) (3.26)

Das heißt, da nur Nulldurchgangs-Abtastwerte für eine Jitterabschätzung verwendet werden können, ist im Vergleich zu einer üblichen Messung wenigstens das (2πAc)-fache des Prüfzeitraumes erforderlich.That is, since only zero-crossing samples can be used for jitter estimation, at least (2πA c ) times the test period is required compared to a conventional measurement.

Wie 26 zeigt, ist die Größe einer Menge von Phasenrauschwerten, die mit dem Nulldurchgangsverfahren abgetastet werden kann, kleiner als die gesamte Menge von Phasenrauschwerten. Deshalb ist ein Peak-to-Peak-Jitter Jpp,3π/2 der abgeschätzt werden kann, kleiner oder gleich dem wahren Peak-to-Peak-Jitter JPP.

Figure 00180003
As 26 shows, the magnitude of a set of phase noise values that can be sampled using the zero-crossing method is less than the total amount of phase noise values. Therefore, a peak-to-peak jitter J pp, 3π / 2 which can be estimated to be less than or equal to the true peak-to-peak jitter J PP .
Figure 00180003

Der größte Nachteil des Nulldurchgangsverfahrens ist, daß die Zeitauflösung der Periodenmessung nicht unabhängig von der Periode eines geprüften Signals ausgewählt werden kann. Die Zeitauflösung dieses Verfahrens ist festgelegt durch die Periode des geprüften Signals, d. h. den Nulldurchgang. 27 ist ein Diagramm, in dem die Nulldurchgänge der steigende Flanken auf einer komplexen Ebene aufgetragen sind. Der Abtastwert beim Nulldurchgangsverfahren ist nur ein mit einem Pfeil bezeichneter Punkt, und die Zahl der Abtastwerte pro Periode kann nicht erhöht werden. Wenn dem Nulldurchgang einer steigenden Flanke eine Nummer ni gegeben wird, mißt das Nulldurchgangsverfahren eine Phasendifferenz, die durch folgende Gleichung (3.28) gegeben ist.The main disadvantage of the zero-crossing method is that the time resolution of the period measurement can not be selected independently of the period of a signal under test. The time resolution of this method is determined by the period of the signal under test, ie the zero crossing. 27 is a diagram in which the zero crossings of the rising edges are plotted on a complex plane. The sample in the zero-crossing method is only a dot indicated by an arrow, and the number of samples per period can not be increased. When a number n i is given to the zero crossing of a rising edge, the zero crossing method measures a phase difference given by the following equation (3.28).

ni(2π) (3.28)n i (2π) (3.28)

Eine mit dem Nulldurchgangsverfahren gemessene momentane Periode läuft also, wie in 25(b) gezeigt, auf eine unter Verwendung einer Stufenfunktion erhaltene grobe Näherung hinaus.A current period measured by the zero-crossing method thus runs as in 25 (b) shown to a rough approximation obtained using a step function.

1988 erfand David Chu einen Zeitintervallanalysator (siehe z. B. Literaturhinweise c12 und c13). Wenn in dem Zeitintervallanalysator ganzzahlige Werte ni der Nulldurchgänge ni(2π) des geprüften Signals gezählt werden, werden auch gleichzeitig die verstrichenen Zeitperioden ti gezählt. Mit diesem Verfahren konnte die zeitliche Schwankung des Nulldurchganges mit Bezug auf die verstrichene Zeitperiode aufgetragen werden. Außerdem kann unter Verwendung von (ti, ni) ein Punkt zwischen gemessenen Datenwerten durch Spline-Funktionen glatt interpoliert werden. Im Ergebnis wurde es so möglich, eine in höherer Ordnung approximierte momentane Periode zu beobachten. Es sollte jedoch beachtet werden, daß auch David Chu's Zeitintervallanalysator auf der Nulldurchgangsmessung des geprüften Signals basiert. Die Interpolation durch Spline-Funktionen macht es zwar einfacher, die physikalische Bedeutung zu verstehen, Tatsache ist jedoch, daß nur der Grad der Näherung einer momentanen Periode erhöht ist. Das liegt daran, daß die zwischen den Nulldurchgängen vorliegenden Daten immer noch nicht gemessen sind. Das heißt, auch der Zeitintervallanalysator kann die Begrenzungen des Nulldurchgangsverfahrens nicht überschreiten. Ein mögliches Verfahren zum Interpolieren der momentanen Daten wird später diskutiert.In 1988, David Chu invented a time interval analyzer (see, for example, References c12 and c13). If in the time interval analyzer integer values n i of the zero crossings n i (2π) of the signal under test are counted, the elapsed time periods t i are also counted simultaneously. With this method, the temporal variation of the zero crossing with respect to the elapsed time period could be plotted. In addition, using (t i , n i ), a point between measured data values can smoothly be interpolated by spline functions. As a result, it became possible to observe an instantaneous period approximated in higher order. It should be noted, however, that David Chu's time interval analyzer is based on the zero-crossing measurement of the signal under test. Although the interpolation by spline functions makes it easier to understand the physical meaning, the fact is that only the degree of approximation of a current period is increased. This is because the data between zero crossings is still not measured. That is, even the time interval analyzer can not exceed the limitations of the zero crossing procedure. One possible method for interpolating the current data will be discussed later.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Messen eines Jitter im Frequenzbereich beschrieben.When next A method for measuring a jitter in the frequency domain will be described.

Ein RMS-Jitter JRMS eines Taktsignals wird im Frequenzbereich gemessen. Zum Beispiel wird bei der Datenkommunikation eine Abweichung von einem idealen Zeitpunkt als RMS-Jitter JRMS zum Problem. Wie in 81b gezeigt, wo ein jitterfreies Rechteckwellensignal eine durch eine gestrichelte Linie dargestellte Wellenform hat, fluktuiert die Anstiegszeit einer jitternden Wellenform. In diesem Fall wird eine Abweichungsbreite eines tatsächlichen Anstiegspunktes (durchgezogene Linie) von einem normalen Anstiegspunkt (gestrichelte Linie) als RMS-Jitter JRMS erhalten. 28 und 29 zeigen ein Beispiel von mit Hilfe eines Spektrumanalysators bzw. eines einen Spektrumanalysator verwendenden Meßsystems gemessenem RMS-Jitter. Ein in Prüfung befindliches Taktsignal wird in einen Phasendetektor als Referenzfrequenz eingegeben. In diesem Fall bilden der Phasendetektor und der Signalgenerator eine phasengekoppelte Schleife. Ein Phasendifferenzsignal zwischen dem vom Phasendetektor erfaßten in Prüfung befindlichen Taktsignals und dem Signal vom Signalgenerator wird in den Spektrumanalysator eingegeben, um eine Phasenrauschspektrum-Dichtefunktion zu beobachten. Die Fläche unter der in 28 gezeigten Phasenrauschspektrumskurve entspricht dem RMS-Jitter JRMS. Die Frequenzachse drückt die Frequenzabweichungen von der Taktfrequenz aus. Das heißt, Null (0) Hz entspricht der Taktfrequenz.An RMS jitter J RMS of a clock signal is measured in the frequency domain. For example, in data communication, a deviation from an ideal time as RMS jitter J RMS becomes a problem. As in 81b 2, where a jitter-free square wave signal has a waveform shown by a broken line, the rise time of a jittering waveform fluctuates. In this case, a deviation width of an actual rising point (solid line) from a normal rising point (broken line) is obtained as the RMS jitter JRM S. 28 and 29 show an example of RMS jitter measured by a spectrum analyzer or measuring system using a spectrum analyzer. A clock signal under test is input to a phase detector as the reference frequency. In this case, the phase detector and the signal generator form a phase-locked loop. A phase difference signal between the clock signal under test detected by the phase detector and the signal from the signal generator is input to the spectrum analyzer to observe a phase noise spectrum density function. The area under the in 28 shown phase noise spectrum curve corresponds to the RMS jitter J RMS . The frequency axis expresses the frequency deviations from the clock frequency. That is, zero (0) Hz corresponds to the clock frequency.

Ein Phasendifferenzsignal Δφ(t) zwischen dem in Prüfung befindlichen Taktsignal X (t), gegeben durch die Gleichung (3.23), und einem Referenzsignal, gegeben durch die folgende Gleichung (3.29), wird vom Phasendetektor ausgegeben. xref(t) = Acos(2 fct + ) (3.29) A phase difference signal Δφ (t) between the clock signal X (t) under test given by the equation (3.23) and a reference signal given by the following equation (3.29) is output from the phase detector. x ref (t) = Acos (2 f c t +) (3.29)

Da zu diesem Zeitpunkt das Referenzsignal, das an eine in Prüfung befindliche Phasenkoppelschleifenschaltung (PLL-Schaltung) angelegt wird, eine konstante Periode hat, entspricht das Phasendifferenzsignal Δφ(t) einer Phasenrausch-Wellenform. Wenn das über einen endlichen Zeitraum T beobachtete Phasendifferenzsignal Δφ(t) in den Frequenzbereich transformiert wird, kann eine spektrale Leistungsdichtefunktion des Phasenrauschens GΔφΔφ(f) erhalten werden.At this time, the reference signal applied to a phase-shifter under test is applied, has a constant period, the phase difference signal Δφ (t) corresponds to a phase noise waveform. When the phase difference signal Δφ (t) observed over a finite period T is transformed into the frequency domain, a spectral power density function of the phase noise G ΔφΔφ (f) can be obtained.

Figure 00200001
Figure 00200001

Nach Parsevals Theorem ist der Mittelwert der Quadrate der Phasenrausch-Wellenform durch folgende Gleichung (3.32) gegeben. (siehe z. B. Literaturhinweis c14).To Parseval's theorem is the mean of the squares of the phase noise waveform given by the following equation (3.32). (see, for example, reference to literature c14).

Figure 00200002
Figure 00200002

Es ist somit zu verstehen, daß durch Messen einer Summe des Leistungsspektrums ein Mittelwert der Quadrate einer Phasenrausch-Wellenform abgeschätzt werden kann. Die positive Quadratwurzel aus dem Mittelwert der Quadrate (d. h., ein Effektivwert) wird als RMS-Jitter JRMS bezeichnet.It is thus to be understood that by measuring a sum of the power spectrum, an average of the squares of a phase noise waveform can be estimated. The positive square root of the mean of the squares (ie, an RMS value) is called the RMS jitter J RMS .

Figure 00200003
Figure 00200003

Wenn der Mittelwert Null ist, ist der Mittlwert der Quadrate äquivalent zu einer Varianz, und der RMS-Jitter ist gleich der Standardabweichung.If the mean is zero, the mean of the squares is equivalent to a variance, and the RMS jitter is equal to the standard deviation.

Wie in 28 gezeigt, kann JRMS durch eine Summe von GΔφΔφ(f) in der Nähe der Taktfrequenz genau approximiert werden (siehe z. B. Referenzliteraturhinweis c15). Tatsächlich ist in Gl. (3.33) der obere Grenzwert fMAX der zu summierenden Frequenz von GΔφΔφ(f) gleich (2fc-ε). Wenn nämlich GΔφΔφ(f) über einen breiteren Frequenzbereich als die Taktfrequenz summiert wird, werden die Harmonischen der Taktfrequenz in JRMS einbezogen.As in 28 J RMS can be accurately approximated by a sum of G ΔφΔφ (f) near the clock frequency (see, for example, reference literature reference c15). In fact, in Eq. (3.33) the upper limit f MAX of the frequency to be summed of G ΔφΔφ (f) equals (2f c -ε). Namely, when G ΔφΔφ (f) is summed over a wider frequency range than the clock frequency, the harmonics of the clock frequency are included in J RMS .

Für eine Messung des RMS-Jitters im Frequenzbereich wird ein Phasendetektor, ein Signalgenerator mit geringem Phasenrauschen und ein Spektrumanalysator benötigt. Wie anhand von Gl. (3.33) und 28 zu verstehen ist, wird ein Phasenrausch-Spektrum durch Frequenz-Abfahren eines niedrigen Frequenzbereichs gemessen. Aus diesem Grund erfordert das Meßverfahren eine Meßzeitperiode von ca. 10 Minuten und ist nicht auf die Prüfung eines Mikroprozessors anwendbar. Außerdem kann bei der Messung eines RMS-Jitters im Zeitbereich ein Peak-to-Peak-Jitter nicht abgeschätzt werden, weil die Phaseninformation verlorengegangen ist.To measure the RMS jitter in the frequency domain, a phase detector, a low phase noise signal generator and a spectrum analyzer are needed. As shown by Eq. (3.33) and 28 is to be understood, a phase noise spectrum is measured by frequency sweeping a low frequency range. For this reason, the measuring method requires a measuring time period of about 10 minutes and is not applicable to the testing of a microprocessor. In addition, when measuring an RMS jitter in the time domain, a peak-to-peak jitter can not be estimated because the phase information is lost.

Wie oben beschrieben, wird beim herkömmlichen Verfahren zum Messen eines Jitters ein Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich mit Hilfe eines Oszilloskops gemessen. Das Grundverfahren zum Messen eines Jitters im Zeitbereich ist das Nulldurchgangsverfahren. Der größte Nachteil dieses Verfahrens ist, daß eine Zeitauflösung einer Periodenmessung nicht abhängig von der Periode des geprüften Signals verfeinert werden kann. Aus diesem Grund wurde ein Zeitintervallanalysator zum gleichzeitigen Zählen der ganzzahligen Werte ni der Nulldurchgänge des geprüften Signals ni(2π) und der verstrichenen Zeitperioden ti erfunden. Die zwischen den Nulldurchgängen vorhandenen Daten können jedoch nicht gemessen werden. Der Zeitintervallanalysator kann also auch nicht die Beschränkung des Nulldurchgangsverfahren überwinden.As described above, in the conventional method of measuring a jitter, a peak-to-peak jitter in the time domain is measured by means of an oscilloscope. The basic method for measuring a jitter in the time domain is the zero-crossing method. The main disadvantage of this method is that a time resolution of a period measurement can not be refined depending on the period of the signal under test. For this reason, a time interval analyzer for simultaneously counting the integer values n i of the zero crossings of the signal under test n i (2π) and the elapsed time periods t i has been invented. However, the data between zero crossings can not be measured. Also, the time interval analyzer can not overcome the limitation of the zero-crossing method.

Andererseits wird ein RMS-Jitter im Frequenzbereich mit einem Spektrumanalysator gemessen. Da die Phaseninformation verlorengegangen ist, kann ein Peak-to-Peak-Jitter nicht abgeschätzt werden.on the other hand is an RMS jitter in the frequency domain with a spectrum analyzer measured. Since the phase information has been lost, a Peak-to-peak jitter can not be estimated.

Außerdem erfordert sowohl das Messen eines Jitters im Zeitbereich als auch das Messen eines RMS-Jitters im Frequenzbereich eine Meßzeit von ca. 10 Minuten. Bei einer Prüfung eines VLSI ist jedem Prüfgegenstand eine Prüfzeit von etwa nur ca. 100 ms zugeteilt. Deshalb ist ein ernster Nachteil des herkömmlichen Verfahrens zum Messen eines Jitters, das die Methode nicht auf die Prüfung eines VLSI in dessen Herstellungsprozeß anwendbar ist.Also required both measuring a jitter in the time domain and measuring an RMS jitter in the frequency range a measuring time of about 10 minutes. at an exam a VLSI is every test object a test time allocated by about only about 100 ms. That's why it's a serious disadvantage of the conventional Method for measuring a jitter that does not use the method on the exam a VLSI is applicable in its manufacturing process.

Die Taktfrequenz eines Mikrocomputers hat sich mit einer Geschwindigkeit von dem 2,5-fachen pro 5 Jahre zu höheren Frequenzen hin verlagert. Deshalb kann der Taktjitter eines Mikroprozessors nicht gemessen werden, sofern das Verfahren zum Messen eines Taktjitters nicht mit Bezug auf die Meßzeitauflösung skalierbar ist. Herkömmlicherweise ist ein Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich unter Verwendung eines Oszilloskops oder eines Zeitintervallanalysators gemessen worden. Um einen Peak-to-Peak-Jitter eines Taktsignals mit einer höheren Frequenz mit diesen Meßvorrichtungen zu messen, ist es notwendig, die Abtastrate (die Zahl der Abtastwerte pro Sekunde) zu erhöhen oder das Abtastintervall zu verkleinern. Das heißt, diese Hardwaregeräte müssen wenigstens alle 5 Jahre entwickelt werden.The clock frequency of a microcomputer has a speed of 2.5 times per 5 Shift years to higher frequencies. Therefore, the clock jitter of a microprocessor can not be measured unless the method of measuring a clock jitter is scalable with respect to the measurement time resolution. Conventionally, time-domain peak-to-peak jitter has been measured using an oscilloscope or a time interval analyzer. In order to measure a peak-to-peak jitter of a higher frequency clock signal with these measuring devices, it is necessary to increase the sampling rate (the number of samples per second) or to decrease the sampling interval. That is, these hardware devices must be developed at least every 5 years.

Probleme beim Messen des Jitters einer CD oder DVD werden beschrieben. Bei einer CD oder DVD wird ein Lichtstrahl auf eine Platte fokussiert, und von einem Pit zurückkehrendes reflektiertes Licht wird von einem optischen Aufnehmer erfaßt, und dann wird das erfaßte Licht in ein Hochfrequenzsignal (ein elektrisches Signal) durch eine Fotodiode umgewandelt. Der Pit auf der Platte ist geringfügig in Längenrichtung gestreckt oder verkürzt. Dadurch werden Anstiegs- und Abfallmerkmale (Tastverhältnis) des Hochfrequenzsignals asymmetrisch. Wenn mit Hilfe eines Oszilloskops ein Augenmuster des HF-Signals beobachtet wird, ist sein Mittelpunkt entlang der Y-Achse verschoben. Um einen Jitter der Platte zu bewerten, müssen die steigende Flanke und die fallende Flanke des Hochfrequenzsignals unterschieden werden können. Bei der Messung eines RMS-Jitters unter Verwendung eines Spektrumanalysators können die steigende und die fallende Flanke des Hochfrequenzsignals nicht unterschieden werden.issues When measuring the jitter of a CD or DVD are described. at a CD or DVD, a light beam is focused on a plate, and returning from a pit reflected light is detected by an optical pickup, and then that will be detected Light in a high frequency signal (an electrical signal) through converted a photodiode. The pit on the plate is slightly lengthwise stretched or shortened. This causes rise and fall characteristics (duty cycle) of the High frequency signal asymmetric. If using an oscilloscope an eye pattern of the RF signal is observed is its center along the Y axis postponed. To evaluate a jitter of the plate, the rising edge and the falling edge of the high-frequency signal can be distinguished. When measuring an RMS jitter using a spectrum analyzer can the rising and falling edges of the high-frequency signal are not be differentiated.

Außerdem hat, wie oben gesagt, die Taktfrequenz eines Mikrocomputers mit einer Geschwindigkeit gleich dem 2,5-fachen pro 5 Jahre zugenommen. Um einen Peak-to-Peak-Jitter eines Taktsignals mit einer höheren Frequenz zu messen, muß ein AD-Wandler zum Eingeben in ein digitales Oszilloskop mit höherer Geschwindigkeit entsprechend der höheren Geschwindigkeit des Taktsignals arbeiten und eine Auflösung von acht Bits oder mehr haben.In addition, As stated above, the clock frequency of a microcomputer with a Speed increased to 2.5 times per 5 years. Around a peak-to-peak jitter of a higher frequency clock signal to measure, one must AD converter for inputting to a higher speed digital oscilloscope according to the higher Speed of the clock signal work and a resolution of eight Have bits or more.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines Jitters zu schaffen, mit denen ein Peak-to-Peak-Jitter oder RMS-Jitter in einer kurzen Prüfzeit von ca. 100 ms oder ähnlich gemessen werden kann.A Object of the present invention is a device and a A method of measuring a jitter to create a peak-to-peak jitter or RMS jitter in a short test time of about 100 ms or similar can be.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines Jitters zu schaffen, bei denen aus der herkömmlichen RMS-Jittermessung oder der herkömmlichen Peak-to-Peak-Jittermessung erhaltene Daten verwendet werden können.A Another object of the present invention is a device and to provide a method of measuring jitter in which from the conventional RMS jitter measurement or conventional peak-to-peak jitter measurement obtained data can be used.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine skalierbare Vorrichtung und ein skalierbares Verfahren zum Messen eines Jitters anzugeben.A Another object of the present invention is to provide a scalable Device and a scalable method for measuring a jitter specify.

Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters zu schaffen, die einen Peak-to-Peak-Jitter und/oder einen RMS-Jitter messen können, der jeweils einer steigenden oder einer fallenden Flanke einer Wellenform entspricht.Yet An object of the present invention is a method and a Device for measuring a jitter to create a peak-to-peak jitter and / or can measure an RMS jitter, each one increasing or a falling edge corresponds to a waveform.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters anzugeben, die keinen AD-Wandler benötigt.Yet Another object of the present invention is a device to measure a jitter that does not need an AD converter.

Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters anzugeben, die mit einem Verfahren zum Messen eines Peak-to-Peak-Jitters nach einem herkömmlichen Nulldurchgangsverfahren wie in 24 gezeigt und/oder einem Verfahren zum Messen eines RMS-Jitters nach einem in 29 gezeigten Phasenerfassungsverfahren kompatibel ist.Still another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring a jitter, which is provided with a method for measuring a peak-to-peak jitter according to a conventional zero-crossing method as in 24 and / or a method for measuring an RMS jitter according to an in 29 shown phase detection method is compatible.

Noch eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung anzugeben, die einen Zyklus-zu-Zyklus-Jitter messen kann.Yet An object of the invention is to provide a device which measure a cycle-to-cycle jitter can.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters anzugeben, die ein Histogramm des Jitters messen kann.Yet Another object of the present invention is a device To measure a jitter to indicate a histogram of the jitter can measure.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Um die obigen Aufgaben zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters angegeben, bei der eine Taktwellenform Xc(t) mit Hilfe von analytischen Signaltrarisformationsmitteln in ein komplexes analytisches Signal umgeformt wird, um mit Hilfe linearer Phasenentfernungsmittel einen variablen Term, der durch Beseitigen linearer Phase aus einer momentanen Phase dieses analytischen Signals erhalten wird, d. h. eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) zu erhalten, und ein Jitter der Taktwellenform wird aus dieser Phasenrausch-Wellenform durch Jittererfassungsmittel erhalten.In order to achieve the above objects, according to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a jitter wherein a clock waveform X c (t) is detected by means of an analytic signal is converted into a complex analytic signal to obtain a variable term obtained by eliminating linear phase from a current phase of this analytic signal, ie, a phase noise waveform Δφ (t), and a jitter of the clock waveform by means of linear phase removing means is obtained from this phase noise waveform by jitter detecting means.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Jitters angegeben, welches folgende Schritte umfaßt: Umwandeln einer Taktwellenform Xc(t) in ein komplexes analytisches Signal; Abschätzen eines variablen Terms, der durch Entfernen einer linearen Phase aus einer momentanen Phase dieses analytischen Signals erhalten wird, d. h. einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t); und Erhalten eines Jitters aus der Phasenrausch-Wellenform.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a jitter, comprising the steps of: converting a clock waveform X c (t) into a complex analytic signal; Estimating a variable term obtained by removing a linear phase from a current phase of this analytic signal, ie, a phase noise waveform Δφ (t); and obtaining a jitter from the phase noise waveform.

Ein RMS-Jitter wird aus der Phasenrausch-Wellenform erhalten. Zusätzlich wird die Phasenrausch-Wellenform in der Nähe eines Nulldurchgangspunktes des Realteils eines analytischen Signals abgetastet, und eine differentielle bzw. Wellenform bzw. Differenzwellenform der Abtast-Phasenrausch-Wellenform wird berechnet, um einen Peak-to-Peak-Jitter aus der differentiellen Phasenrausch-Wellenform zu erhalten.One RMS jitter is obtained from the phase noise waveform. In addition will the phase noise waveform near a zero crossing point of the real part of an analytic signal, and a differential one or waveform of the sample phase noise waveform calculated to give a peak-to-peak jitter from the differential To get phase noise waveform.

Es werden eine skalierbare Vorrichtung und ein skalierbares Verfahren zum Messen eines Jitters angegeben, die so aufgebaut sind, daß die Taktwellenform durch einen Frequenzteiler frequenzgeteilt wird und anschließend die frequenzgeteilte Taktwellenform in ein analytisches Signal umgeformt wird.It become a scalable device and a scalable method for measuring a jitter constructed so that the clock waveform is frequency divided by a frequency divider and then the frequency-divided clock waveform converted into an analytical signal becomes.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Taktwellenform mit einer analogen Referenzgröße durch einen Komparator verglichen, und ein Ausgabesignal des Komparators wird in ein analytisches Signal umgeformt.According to one Another aspect of the present invention is the clock waveform with an analog reference size a comparator, and an output signal of the comparator is transformed into an analytic signal.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Taktperiode eines Mikrocomputers und einem RMS-Jitter zeigt; 1 Fig. 10 is a diagram showing a relation between a clock period of a microcomputer and an RMS jitter;

2 ist ein Diagramm, das einen Pentium-Prozessor und seine On-Chip-Takttreiberschaltung zeigt; 2 Fig. 10 is a diagram showing a Pentium processor and its on-chip clock driver circuit;

3 ist ein Diagramm, das Vergleiche zwischen einem PLL eines Computersystems und einer PLL eines Kommunikationssystems zeigt; 3 Fig. 10 is a diagram showing comparisons between a PLL of a computer system and a PLL of a communication system;

4 ist ein Diagramm, das grundlegende Konfigurationen einer PLL-Schaltung zeigt; 4 Fig. 10 is a diagram showing basic configurations of a PLL circuit;

5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für einen Phase-Frequenz-Detektor zeigt; 5 Fig. 10 is a block diagram showing an example of a phase-frequency detector;

6 ist ein Zustandsübergangsdiagramm des Phase-Frequenz-Detektors; 6 is a state transition diagram of the phase-frequency detector;

7 zeigt die Betriebswellenformen des Phase-Frequenz-Detektors wenn ein Frequenzfehler negativ ist; 7 shows the operating waveforms of the phase-frequency detector when a frequency error is negative;

8(a) ist ein Diagramm, das eine Ladungspumpschaltung zeigt, und 8(b) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Schaltersteuersignal und einem Ausgabestrom der Ladungspumpschaltung zeigt; 8 (a) FIG. 12 is a diagram showing a charge pump circuit, and FIG 8 (b) Fig. 15 is a diagram showing a relation between a switch control signal and an output current of the charge pump circuit;

9(a) ist ein Diagramm, das eine Schleifenfilterschaltung zeigt, und 9(b) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem in die Schaltung aus 9(a) eingegebenen konstanten Strom und einer Ausgabesteuerspannung zeigt; 9 (a) FIG. 15 is a diagram showing a loop filter circuit, and FIG 9 (b) is a diagram showing a relationship between one in the circuit 9 (a) input constant current and an output control voltage;

10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein passives Weichtastfilter zeigt; 10 Fig. 10 is a circuit diagram showing a passive weigth filter;

11 zeigt ein Beispiel einer VCO-Schaltung; 11 shows an example of a VCO circuit;

12 zeigt ein Beispiel für den Jitter eines Taktes; 12 shows an example of the jitter of a clock;

13 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Messen eines Jitters; 13 Fig. 12 is a diagram for explaining a method of measuring a jitter;

14 ist ein Diagramm, das ein Spektrum eines Ausgabesignals eines idealen Oszillators zeigt; 14 Fig. 12 is a diagram showing a spectrum of an output signal of an ideal oscillator;

15 ist ein Diagramm, das eine durch Phasenrauschen verursachte Schwankung des Nulldurchgangs zeigt; 15 Fig. 12 is a diagram showing a fluctuation of zero crossing caused by phase noise;

16 ist ein Diagramm, das eine durch Phasenrauschen verursachte Streuung eines Spektrums zeigt; 16 Fig. 12 is a diagram showing a spectrum-caused scattering of a spectrum;

17 ist ein Blockdiagramm, das eine VCO-Schaltung zeigt, bei der Rauschen am Eingabeende hinzugefügt wird; 17 Fig. 10 is a block diagram showing a VCO circuit in which noise is added at the input end;

18 ist ein Blockdiagramm, das eine andere VCO-Schaltung zeigt, die zu der VCO-Schaltung, bei der Rauschen am Eingabeende hinzugefügt wird, äquivalent ist; 18 Fig. 10 is a block diagram showing another VCO circuit equivalent to the VCO circuit in which noise is added at the input end;

19 ist ein Blockdiagramm, das eine VCO-Schaltung mit internem Phasenrauschen zeigt; 19 Fig. 10 is a block diagram showing an internal phase noise VCO circuit;

20 ist ein Blockdiagramm, das eine PLL-Schaltung zeigt, die einen Jitter simuliert; 20 Fig. 10 is a block diagram showing a PLL circuit that simulates jitter;

21 ist ein Diagramm, das eine ideale Takt-Wellenform zeigt; 21 Fig. 12 is a diagram showing an ideal clock waveform;

22 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Takt-Wellenform und deren Hilbert-transformiertes Ergebnis zeigt; 22 Fig. 12 is a waveform diagram showing a clock waveform and its Hilbert transformed result;

23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen gemessenen Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich zeigt; 23 Fig. 10 is a diagram showing an example of a measured peak-to-peak jitter in the time domain;

24 ist ein typisches Modelldiagramm, das ein Meßsystem für einen Peak-to-Peak-Jitter zeigt; 24 Fig. 10 is a typical model diagram showing a measuring system for peak-to-peak jitter;

25(a) ist ein Diagramm, das Nulldurchgangspunkte eines Taktsignals zeigt, und 25(b) ist ein Diagramm, das momentane Perioden dieser Nulldurchgangspunkte zeigt; 25 (a) is a diagram showing zero crossing points of a clock signal, and 25 (b) Fig. 12 is a diagram showing current periods of these zero crossing points;

26 ist ein Diagramm, das eine Menge von Phasenrauschwerten und eine Menge von Phasenrauschwerten, die durch ein Nulldurchgangsverfahren abgetastet werden können, zeigt; 26 Fig. 10 is a diagram showing a set of phase noise values and a set of phase noise values that can be sampled by a zero-crossing procedure;

27 ist ein Diagramm, das den Nulldurchgang in einer komplexen Ebene zeigt; 27 is a diagram showing the zero crossing in a complex plane;

28 ist ein Wellenformdiagramm, das ein gemessenes Beispiel für einen RMS-Jitter im Frequenzbereich zeigt; 28 FIG. 12 is a waveform diagram showing a measured example of RMS jitter in the frequency domain; FIG.

29 ist ein typisches Modelldiagramm, das ein Meßsystem für einen RMS-Jitter zeigt; 29 Fig. 10 is a typical model diagram showing a measurement system for RMS jitter;

30(a) ist ein Diagramm, das eine funktionelle Konstruktion zeigt, durch die ein Realteil eines zufällig phasenmodulierten Signals extrahiert wird, und 30(b) ist ein Diagramm, das eine funktionelle Konstruktion zeigt, durch die ein zufällig phasenmoduliertes Signal als analytisches Signal extrahiert wird; 30 (a) FIG. 12 is a diagram showing a functional construction by which a real part of a randomly phase-modulated signal is extracted, and FIG 30 (b) Fig. 12 is a diagram showing a functional construction by which a random phase-modulated signal is extracted as an analytic signal;

31 ist ein Diagramm, das eine Schwingungswellenform eines VCO als analytisches Signal zeigt; 31 Fig. 15 is a diagram showing a vibration waveform of a VCO as an analytic signal;

32 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 32 Fig. 10 is a block diagram showing a first embodiment of a jitter measuring apparatus according to the present invention;

33 ist ein Diagramm, das ein konstantfrequentes Signal zum Messen eines Jitters zeigt; 33 Fig. 10 is a diagram showing a constant frequency signal for measuring a jitter;

34 ist ein typisches Modelldiagramm, das ein Jitter-Meßsystem zeigt, bei dem eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 34 Fig. 10 is a typical model diagram showing a jitter measuring system using a jitter measuring apparatus according to the present invention;

35(a) ist ein Diagramm, das einen Hilbert-Paar-Generator zeigt; 35(b) ist ein Diagramm, das eine Eingabe-Wellenform des Hilbert-Paar-Generators zeigt, und 35(c) ist ein Diagramm, das eine Ausgabewellenform des Hilbert-Paar-Generators zeigt; 35 (a) Fig. 16 is a diagram showing a Hilbert pair generator; 35 (b) FIG. 12 is a diagram showing an input waveform of the Hilbert pair generator, and FIG 35 (c) Fig. 15 is a diagram showing an output waveform of the Hilbert pair generator;

36(a) ist ein Diagramm, das eine Taktwellenform zeigt, 36(b) ist ein Diagramm, das ein durch Anwenden von FFT auf die Taktwellenform aus 36(a) erhaltenes Spektrum zeigt, 36(c) ist ein Diagramm, das ein durch Bandpaßfilterung des Spektrums aus 36(b) erhaltenes Spektrum zeigt, und 36(d) ist ein Wellenformdiagramm, das eine durch Anwenden von inverser FFT auf das Spektrum von 36(c) erhaltene Wellenform zeigt; 36 (a) is a diagram showing a clock waveform 36 (b) FIG. 12 is a diagram that shows one by applying FFT to the clock waveform 36 (a) obtained spectrum shows 36 (c) is a diagram showing one by bandpass filtering the spectrum 36 (b) obtained spectrum shows, and 36 (d) FIG. 12 is a waveform diagram that illustrates one by applying inverse FFT to the spectrum of 36 (c) shows obtained waveform;

37(a) das ein Eingabesignal eines Momentanphasen-Abschätzers zeigt, 37(b) ist ein Diagramm, das eine momentane Phase zeigt, 37(c) ist ein Diagramm, das eine ausgepackte Phase zeigt, und 37(d) ist ein Diagramm, das den Momentanphasen-Abschätzer zeigt; 37 (a) which shows an input signal of an instantaneous phase estimator, 37 (b) is a diagram showing a momentary phase 37 (c) is a diagram showing an unwrapped phase, and 37 (d) Fig. 15 is a diagram showing the instantaneous phase estimator;

38(a) ist ein Diagramm, das eine Eingabephase φ(t) eines Linearphasen-Entferners zeigt, 38(b) ist ein Diagramm, das eine Ausgabe Δφ(t) des Linearphasen-Entferners zeigt, und 38(c) ist ein Diagramm, das den Linearphasen-Entferner zeigt; 38 (a) Fig. 4 is a diagram showing an input phase φ (t) of a linear phase remover; 38 (b) FIG. 15 is a diagram showing an output Δφ (t) of the linear phase remover, and FIG 38 (c) Fig. 12 is a diagram showing the linear phase remover;

39(a) ist ein Diagramm, das eine Eingabetaktwellenform zeigt, 39(b) ist ein Diagramm, das eine Ausgabe des Δφ(t)-Verfahrens zeigt, und 39(c) ist ein Diagramm, das eine Ausgabeperiode des Nulldurchgangsverfahrens zeigt; 39 (a) Fig. 16 is a diagram showing an input clock waveform; 39 (b) Fig. 12 is a diagram showing an output of the Δφ (t) method, and 39 (c) Fig. 15 is a diagram showing an output period of the zero-crossing method;

40(a) zeigt eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters, bei der ein Quadraturmodulationssignal in einem Mittel zum Umformen des analytischen Signals verwendet wird, und 40(b) ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters zeigt, in der ein Heterodyn-System in deren Eingabestufe verwendet wird; 40 (a) shows a device for measuring a jitter, in which a quadrature modulation signal is used in a means for reshaping the analytical signal, and 40 (b) Fig. 10 is a block diagram showing an apparatus for measuring a jitter in which a heterodyne system is used in its input stage;

41 ist ein Diagramm, das Unterschiede zwischen einem Abtastverfahren beim Nulldurchgangsverfahren und einem Abtastverfahren beim erfindungsgemäßen Verfahren zeigt; 41 Fig. 12 is a diagram showing differences between a zero crossing method scanning method and a scanning method in the method of the present invention;

42(a) ist ein Diagramm, das das Grundweilenspektrum zeigt, und 42(b) ist ein Diagramm, das eine Taktwellenform des Grundwellenspektrums zeigt; 42 (a) is a diagram showing the fundamental spectrum, and 42 (b) Fig. 15 is a diagram showing a clock waveform of the fundamental wave spectrum;

43(a)ist ein Diagramm, das ein Teilsummenspektrum bis zur 13. Harmonischen zeigt, und 43(b) ist ein Diagramm, das eine Taktwellenform des Teilsummenspektrum bis zur 13. Harmonischen zeigt; 43 (a) is a diagram showing a partial sum spectrum up to the 13th harmonic, and 43 (b) Fig. 12 is a diagram showing a clock waveform of the partial harmonic spectrum up to the 13th harmonic;

44(a)ist ein Diagramm, das einen relativen Periodenfehler zeigt, der aus einer bis zu einer bestimmten Ordnung von Harmonischen wiederhergestellten Wellenform abgeschätzt ist, und 44(b) ist ein Diagramm, das einen relativen Fehler eines Effektiv-Wertes zeigt, der aus einer wiederhergestellten Wellenform als Effektiv-Wert der ursprünglichen Taktwellenform bis zu einer bestimmten Ordnung von Harmonischen abgeschätzt ist; 44 (a) FIG. 12 is a graph showing a relative period error estimated from a waveform recovered to a certain harmonic order; and FIG 44 (b) Fig. 12 is a graph showing a relative error of an effective value estimated from a recovered waveform as the effective value of the original clock waveform to a certain order of harmonics;

45 ist ein Diagramm, das Parameter eines MOSFET zeigt; 45 Fig. 12 is a diagram showing parameters of a MOSFET;

46 ist ein Blockdiagramm, das eine jitterfreie PLL-Schaltung zeigt; 46 Fig. 10 is a block diagram showing a jitter-free PLL circuit;

47(a) ist ein Diagramm, das eine Wellenform am Eingang eines VCO in der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt, und 47(b) ist ein Diagramm, das eine Wellenform am Ausgang des VCO in der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt; 47 (a) FIG. 12 is a diagram showing a waveform at the input of a VCO in the jitter-free PLL circuit, and FIG 47 (b) Fig. 15 is a diagram showing a waveform at the output of the VCO in the jitter-free PLL circuit;

48(a) ist ein Diagramm, das eine Ausgabewellenform eines VCO in der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt, und 48(b) ist ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform des VCO der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt; 48 (a) FIG. 12 is a diagram showing an output waveform of a VCO in the jitter-free PLL circuit, and FIG 48 (b) Fig. 15 is a diagram showing a phase noise waveform of the VCO of the jitter-less PLL circuit;

49(a) ist ein Diagramm, das eine momentane Periode eines Phasenrauschens der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt, und 49(b) ist ein Diagramm, das eine Wellenform des Phasenrauschens der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt; 49 (a) FIG. 15 is a diagram showing a current period of phase noise of the jitter-free PLL circuit, and FIG 49 (b) Fig. 10 is a diagram showing a waveform of the phase noise of the jitter-free PLL circuit;

50 ist ein Blockdiagramm, das eine jitterbehaftete PLL-Schaltung zeigt; 50 Fig. 10 is a block diagram showing a jittery PLL circuit;

51(a) ist ein Diagramm, das eine Wellenform am Eingang eines VCO der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt, und 51(b) ist ein Diagramm, das eine Wellenform am Ausgang des VCO der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt; 51 (a) FIG. 12 is a diagram showing a waveform at the input of a jitter PLL circuit VCO, and FIG 51 (b) Fig. 12 is a diagram showing a waveform at the output of the jitter PLL circuit VCO;

52(a) ist ein Diagramm, das eine Ausgabewellenform eines VCO in der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt, und 52(b) ist ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform der Ausgabewellenform des VCO in der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt; 52 (a) FIG. 12 is a diagram showing an output waveform of a VCO in the jittery PLL circuit, and FIG 52 (b) FIG. 12 is a diagram illustrating a phase noise waveform of the output wave. FIG shows the VCO in the jittery PLL circuit;

53(a) ist ein Diagramm, das eine momentane Periode eines Phasenrauschens der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt, und 53(b) ist ein Diagramm, das eine Wellenform des Phasenrauschens der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt; 53 (a) FIG. 12 is a diagram showing a current period of phase noise of the jittery PLL circuit, and FIG 53 (b) Fig. 15 is a diagram showing a waveform of the phase noise of the jittery PLL circuit;

54(a) ist ein Diagramm, das einen durch ein Spektralverfahren abgeschätzten RMS-Jitter zeigt, und 54(b) ist ein Diagramm, das Δφ(t), abgeschätzt durch ein Verfahren zur Phasenrausch-Wellenform-Abschätzung, zeigt; 54 (a) Fig. 12 is a diagram showing an RMS jitter estimated by a spectral method, and Figs 54 (b) Fig. 15 is a diagram showing Δφ (t) estimated by a phase noise waveform estimation method;

55 ist ein Diagramm zum Vergleichen von Schätzwerten des RMS-Jitters; 55 Fig. 12 is a diagram for comparing estimates of the RMS jitter;

56(a) ist ein Diagramm, das einen durch das Nulldurchgangsverfahren abgeschätzten Peak-to-Peak-Jitter zeigt, und 56(b) ist ein Diagramm, das eine durch das Phasenrausch-Wellenform-Abschätzverfahren abgeschätzten Peak-to-Peak-Jitter zeigt; 56 (a) FIG. 12 is a graph showing a peak-to-peak jitter estimated by the zero-crossing method, and FIG 56 (b) Fig. 10 is a diagram showing a peak-to-peak jitter estimated by the phase noise waveform estimation method;

57 ist ein Diagramm zum Vergleich von Schätzwerten des Peak-to-Peak-Jitters; 57 is a graph comparing estimates of peak-to-peak jitter;

58(a) ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Messung der momentanen Periode eines PLL-Taktes mit dem Nulldurchgangsverfahren zeigt, und 58(b) ist ein Wellenformdiagramm, das ein mit dem Δφ(t)-Verfahren abgeschätztes Phasenrauschen zeigt; 58 (a) FIG. 15 is a diagram showing a result of measuring the current period of a PLL clock with the zero-crossing method, and FIG 58 (b) Fig. 10 is a waveform diagram showing a phase noise estimated by the Δφ (t) method;

59 ist ein Diagramm zum Vergleichen von abgeschätzten Werten des RMS-Jitters eines frequenzgeteilten Taktes; 59 Fig. 12 is a diagram for comparing estimated values of the RMS jitter of a frequency-divided clock;

60 ist ein Diagramm zum Vergleichen abgeschätzter Werte des Peak-to-Peak-Jitters eines frequenzgeteilten Taktes; 60 Fig. 12 is a diagram for comparing estimated values of the peak-to-peak jitter of a frequency-divided clock;

61(a) ist ein Wellenformdiagramm, das ein Phasenrauschspektrum zeigt, wenn 3σ = 0,15 V ist, und 61(b) ist ein Wellenformdiagramm, das ein Phasenrauschspektrum für 3σ = 0,10 V zeigt; 61 (a) FIG. 12 is a waveform diagram showing a phase noise spectrum when 3σ = 0.15V, and FIG 61 (b) Fig. 12 is a waveform diagram showing a phase noise spectrum for 3σ = 0.10V;

62 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für ein Hilbert-Paar zeigt; 62 Fig. 15 is a waveform diagram showing an example of a Hilbert pair;

63 ist ein Wellenformdiagramm, das ein anderes Beispiel für ein Hilbert-Paar zeigt; 63 Fig. 15 is a waveform diagram showing another example of a Hilbert pair;

64 ist ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines Unterschiedes zwischen Peak-to-Peak-Jittern; 64 Fig. 15 is a waveform diagram for explaining a difference between peak-to-peak jitter;

65 ist ein Diagramm, in dem abgeschätzte Werte des Peak-to-Peak-Jitters aufgetragen sind; 65 Fig. 12 is a graph plotting estimated values of peak-to-peak jitter;

66(a) ist ein Wellenformdiagramm, das eine VCO-Eingabe einer verzögerungsfehlerfreien PLL-Schaltung zeigt, und 66(b) ist ein Wellenformdiagramm, das einen PLL-Takt einer verzögerungsfehlerfreien PLL-Schaltung zeigt; 66 (a) FIG. 12 is a waveform diagram showing a VCO input of a delay-error-free PLL circuit; and FIG 66 (b) Fig. 15 is a waveform diagram showing a PLL clock of a delay-error-free PLL circuit;

67 ist ein Blockdiagramm, das ein spezifisches Beispiel für die Mittel zur Umformung des analytischen Signals 11 zeigt; 67 is a block diagram showing a specific example of the means for reshaping the analytical signal 11 shows;

68 ist ein Blockdiagramm, das jeweils spezifische Beispiele eines Momentanphasen-Abschätzers 12 und eines Linearphasen-Entferners 13 zeigt; 68 Fig. 12 is a block diagram each showing specific examples of a present-phase estimator 12 and a linear phase remover 13 shows;

69 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel für die Mittel zur Umformung des analytischen Signals 11 und ein Beispiel für eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters zeigt, zu der ein Spektralanalyseteil hinzugefügt ist; 69 Fig. 10 is a block diagram showing another example of the means for reshaping the analytic signal 11 and Fig. 14 shows an example of a jitter measuring apparatus to which a spectrum analyzing part is added;

70A ist ein Diagramm, das einen 1/2-Frequenzteiler zeigt; 70A Fig. 12 is a diagram showing a 1/2 frequency divider;

70B ist ein Diagramm, das eine Eingabewellenform T und eine Ausgabewellenform Q des in 70A gezeigten Frequenzteilers zeigt; 70B FIG. 15 is a diagram illustrating an input waveform T and an output waveform Q of the in 70A shown frequency divider shows;

71 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration zum Messen eines Jitters der frequenzgeteilten Taktwellenform mit einem Digitaloszilloskop zeigt; 71 is a block diagram illustrating a system configuration for measuring a jitter of the frequency shows divided clock waveform with a digital oscilloscope;

72 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen mit dem in 71 gezeigten System gemessenen Peak-to-Peak-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers zeigt; 72 is a diagram showing a relationship between with the in 71 shown system shows peak-to-peak jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;

73 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem mit dem in 71 gezeigten System gemessenen RMS-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers zeigt; 73 is a diagram showing a relationship between a with the in 71 shown system measured RMS jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;

74 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration zum Messen eines Jitters der frequenzgeteilten Taktwellenform unter Verwendung eines Δφ-Bewerters zeigt; 74 Fig. 10 is a block diagram showing a system configuration for measuring a jitter of the frequency-divided clock waveform using a Δφ evaluator;

75 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem mit dem in 74 gezeigten System gemessenen Peak-to-Peak-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers zeigt; 75 is a diagram showing a relationship between a with the in 74 shown system shows peak-to-peak jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;

76 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem mit dem in 74 gezeigten System gemessenen RMS-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers zeigt; 76 is a diagram showing a relationship between a with the in 74 shown system measured RMS jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;

77 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse zeigt, wenn ein einer Sinuswelle ähnliches Taktsignal einem Analog-Digital-Wandler und einem Komparator zugeführt wird, wo Peak-to-Peak-Jitter gemessen werden; 77 Fig. 15 is a diagram showing respective results when a clock signal similar to a sine wave is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where peak-to-peak jitter is measured;

78 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse zeigt, wenn ein Taktsignal ähnlich einer Sinuswelle einem Analog-Digital-Wandler und einem Komparator zugeführt wird, wo RMS-Jitter gemessen werden; 78 Fig. 12 is a diagram showing respective results when a clock signal similar to a sine wave is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where RMS jitter is measured;

79 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse zeigt, wenn ein Taktsignal mit einer Rechteckwellengestalt einem Analog-Digital-Wandler und einem Komparator zugeführt wird, wo Peak-to-Peak-Jitter gemessen werden; 79 Fig. 12 is a diagram showing respective results when a clock signal having a rectangular wave shape is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where peak-to-peak jitter is measured;

80 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse zeigt, wenn ein Taktsignal mit einer Rechteckwellengestalt einem Analog-Digital-Wandler und einem Komparator zugeführt wird, wo RMS-Jitter gemessen werden. 80 Fig. 12 is a diagram showing respective results when a clock signal having a rectangular wave shape is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where RMS jitter is measured.

81a ist ein Diagramm, das einen Jitter einer relativen Nulldurchgangszeit zeigt, und 81b ist ein Diagramm, das einen Jitter gegen eine Idealzeit zeigt; 81a FIG. 12 is a diagram showing a jitter of a relative zero-crossing time, and FIG 81b is a diagram showing a jitter against an ideal time;

82 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration einer Ausgestaltung zeigt, bei der die vorliegende Erfindung auf die Messung eines Peak-to-Peak-Jitters angewendet wird; 82 Fig. 10 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment in which the present invention is applied to the measurement of a peak-to-peak jitter;

83 ist ein Diagramm, das angenäherte Nulldurchgangspunkte, Abtastwerte der Phasenrausch-Wellenform und ihre Differenzen bei der in 82 gezeigten Ausgestaltung zeigt; 83 FIG. 12 is a diagram showing approximated zero crossing points, samples of the phase noise waveform, and their differences in in 82 shown embodiment shows;

84 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Experimentes einer Peak-to-Peak-Jittermessung mit Hilfe eines herkömmlichen Zeitintervallanalysators zeigt; 84 Fig. 10 is a diagram showing a configuration of an experiment of a peak-to-peak jitter measurement by means of a conventional time interval analyzer;

85 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Experimentes einer Peak-to-Peak-Jittermessung unter Verwendung der in 82 gezeigten Ausgestaltung zeigt; 85 FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an experiment of a peak-to-peak jitter measurement using the in. FIG 82 shown embodiment shows;

86 ist ein Diagramm, das durch Peakwerte eines Jitters ein gemessenes experimentelles Ergebnis eines Peak-to-Peak-Jitters zeigt; 86 Fig. 12 is a graph showing peak values of a jitter showing a measured experimental result of peak-to-peak jitter;

87 ist ein Diagramm, das anhand von Effektiv-Werten eines Jitters ein experimentelles Meßergebnis eines Peak-to-Peak-Jitters zeigt; 87 Fig. 12 is a graph showing an experimental measurement result of peak-to-peak jitter based on effective values of a jitter;

88 ist ein Diagramm, das eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt; 88 Fig. 10 is a diagram showing another embodiment of the present invention;

89 ist ein Diagramm, das anhand von Peakwerten eines Jitters ein experimentelles Meßergebnis eines RMS-Jitters zeigt; 89 Fig. 10 is a graph showing an experimental measurement result of an RMS jitter from peak values of a jitter;

90 ist ein Diagramm, das anhand von Effektiv-Werten eines Jitters ein experimentelles Meßergebnis eines RMS-Jitters zeigt; 90 is a diagram showing an experimental measurement result of an RMS jitter based on jitter rms values;

91 ist ein Diagramm, das eine Ausgestaltung zeigt, bei der die vorliegende Erfindung auf die Messung eines Zyklus-zu-Zyklus-Jitters angewendet wird; 91 Fig. 12 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to the measurement of a cycle-to-cycle jitter;

92 ist ein Diagramm, das ein experimentelles Meßergebnis eines Zyklus-zu-Zyklus-Jitters zeigt; 92 Fig. 10 is a diagram showing an experimental measurement result of a cycle-to-cycle jitter;

93 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit einer herkömmlichen Vorrichtung gemessenem Sinuswellenjitter zeigt; 93 Fig. 10 is a diagram showing a histogram of sine wave jitter measured with a conventional device;

94 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit der in 82 gezeigten Ausgestaltung gemessenem Sinuswellenjitter zeigt; 94 is a diagram showing a histogram of with the in 82 shown embodiment shows measured sine wave jitter;

95 ist ein Diagramm, das ein Histogramm der mit der in 68 gezeigten Ausgestaltung gemessenen Phasenrausch-Wellenform zeigt; 95 is a graph showing a histogram of the in 68 1 shows a measured phase noise waveform;

96 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit der in 91 gezeigten Ausgestaltung gemessenem Zyklus-zu-Zyklus-Jitter zeigt; 96 is a diagram showing a histogram of with the in 91 1 shows measured cycle-to-cycle jitter;

97 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit der herkömmlichen Vorrichtung gemessenem zufälligem Jitter zeigt; 97 Fig. 15 is a diagram showing a histogram of random jitter measured by the conventional apparatus;

98 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit der in 82 gezeigten Ausgestaltung gemessenem zufälligem Jitter zeigt; 98 is a diagram showing a histogram of with the in 82 1 shows measured random jitter;

99a ist ein Diagramm, das eine Wellenform eines Realteiles eines analytischen Signals zeigt, 99b ist ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform und ihre Nulldurchgangs-Abtastwerte zeigt, und 99c ist ein Diagramm, das einen Peak-to-Peak-Jitter zeigt, der durch eine differentielle Berechnung im Falle Ts = Tin erhalten ist; 99a Fig. 15 is a diagram showing a waveform of a real part of an analytic signal. 99b FIG. 12 is a diagram showing a phase noise waveform and its zero-crossing samples; and FIG 99c Fig. 12 is a graph showing a peak-to-peak jitter obtained by a differential calculation in the case of T s = T in ;

100 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen jedem für die differentielle Berechnung benötigten Abtastzeitpunkt der Phasenrausch-Wellenform Δπ(t) im Falle Ts < Tin, seinen Abtastwert und einen Zeitpunkt zeigt, an dem der differentielle Wert erhalten wird; 100 Fig. 15 is a graph showing a correlation between each sampling time required for the differential calculation of the phase noise waveform Δπ (t) in the case of T s <T in , its sample value, and a time point at which the differential value is obtained;

101a ist ein Diagramm, das eine Wellenform eines Realteiles eines analytischen Signals zeigt, 101b ist ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform und ihre Nulldurchgangs-Abtastwerte zeigt, und 101c ist ein Diagramm, das einen durch eine differentielle Berechnung im Fall Ts = 1 und Tin = 17 erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter zeigt; 101 Fig. 15 is a diagram showing a waveform of a real part of an analytic signal. 101b FIG. 12 is a diagram showing a phase noise waveform and its zero-crossing samples; and FIG 101c Fig. 15 is a graph showing a peak-to-peak jitter obtained by a differential calculation in the case of T s = 1 and T in = 17;

102a ist ein Diagramm, das einen im Fall Ts = Tin für einen Sinuswellenjitter erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter zeigt, und 102b ist ein Diagramm, das einen im Fall Ts= 1 und Tin = 17 für einen Sinuswellenjitter erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter zeigt; 102 Fig. 15 is a diagram showing a peak-to-peak jitter obtained in the case of T s = T in for sine wave jitter, and Figs 102b Fig. 12 is a diagram showing a peak-to-peak jitter obtained in the case of T s = 1 and T in = 17 for sine wave jitter;

103a ist ein Diagramm, das eine Konfiguration zur Durchführung einer gewöhnlichen AD-Wandlung zeigt, und 103b ist ein Diagramm, das eine Konfiguration zur Durchführung einer AD-Wandlung durch ein Undersampling-Verfahren zeigt; 103a FIG. 12 is a diagram showing a configuration for performing ordinary AD conversion, and FIG 103b Fig. 15 is a diagram showing a configuration for performing an AD conversion by an undersampling method;

104a ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Folge von Abtastwerten zeigt, wenn ein Eingabesignal wie üblich im Hochfrequenzzustand abgetastet wird, und 104b ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Folge von Abtastwerten zeigt, wenn ein Eingabesignal mit dem Undersampling-Verfahren abgetastet wird; und 104a FIG. 15 is a diagram showing a waveform of a sequence of samples when an input signal is sampled in the high-frequency state as usual; and FIG 104b Fig. 15 is a diagram showing a waveform of a sequence of samples when an input signal is sampled by the undersampling method; and

105a ist ein Diagramm, das ein Spektrum der in 104a gezeigten Folge von Abtastwerten zeigt, und 105b ist Diagramm, das ein Spektrum der in 104b gezeigten Folge von Abtastwerten zeigt. 105a is a diagram showing a spectrum of in 104a shows shown sequence of samples, and 105b is diagram that is a spectrum of in 104b shows shown sequence of samples.

BESTE ARTEN, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHRENBEST TYPES OF EXECUTING THE INVENTION

Bei der Untersuchung und Entwicklung einer PLL-Schaltung wird noch ein herkömmliches Verfahren zum Messen eines Jitters benutzt, und die Kompatibilität zwischen Daten in einem Prüfstadium und Daten in einem Entwicklungsstadium ist ein wichtiges Problem. Insbesondere um eine Entwurfsänderung in kurzer Zeit durchzuführen und/oder einen Prozeß zu verbessern, um eine Verbesserung der Produktionsausbeute zu realisieren, ist ein Prüfverfahren wichtig, das Prüfergebnisse gemeinsam nutzen kann. Aus diesem Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die als ein Taktprüfverfahren vernünftig sind.In the study and development of a PLL circuit, a conventional method of measuring a jitter is still used, and the compatibility between data in a test stage and data in a development stage is an important problem. In particular, to make a design change in a short time and / or to improve a process for realizing an improvement in production yield, a test method that can share test results is important. From this point of view The present invention provides a method and apparatus that are reasonable as a clock checking method.

Um die Kompatibilität mit einem RMS-Jitter zu erzielen, muß die Gestalt eines Phasenrausch-Leistungsspektrums im Frequenzbereich aufrechterhalten werden. Dies kann gelöst werden durch Verwendung eines bereits diskutierten analytischen Signals. Um die Kompatibilität mit einer Peak-to-Peak-Jittermessung zu gewährleisten, ist ein Verfahren zum Aufrechterhalten des Nulldurchganges einer Wellenform erforderlich. Wie bereits deutlich gezeigt, enthält die Grundwelle einer Taktwellenform die Nulldurchgangsinformation des ursprünglichen Taktes aufrecht ("Nullgangstheorem"). Für eine Messung eines Peak-to-Peak-Jitters ist es deshalb ausreichend, einen Phasenwinkel unter Verwendung nur der Grundwelle der Taktwellenform abzuschätzen. Zum Beispiel die Gleichung (2.5.2) oder (3.23) entspricht dieser Grundwelle.Around the compatibility with RMS jitter must take the form of a phase noise power spectrum be maintained in the frequency domain. This can be solved by using an analytical signal already discussed. For compatibility with a peak-to-peak jitter measurement to ensure, is a method for maintaining the zero crossing of a Waveform required. As already clearly shown, the fundamental contains a clock waveform, the zero crossing information of the original one Clock upright ("Nullgangstheorem"). For a measurement of a peak-to-peak jitter, therefore, it is sufficient to have a phase angle using only the fundamental wave of the clock waveform. To the For example, equation (2.5.2) or (3.23) corresponds to this fundamental.

Aus der Gleichung (2.5.2) oder (3.23) kann interpretiert werden, daß eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) eine Phase einer der Taktfrequenz entsprechenden Trägerwelle zufällig verändert. Als ein Ergebnis dieser zufälligen Phasenmodulation fluktuiert die Periode der Trägerwelle, und ein Jitter wird erzeugt. Eine tatsächlich beobachtbare Größe ist, wie in 30(a) gezeigt, lediglich der Realteil des zufällig phasenmodulierten Signals (siehe z. B. Literaturhinweis c16). Wenn jedoch auch der Imaginärteil gleichzeitig beobachtet werden könnte, könnte der Phasenwinkel leicht erhalten werden. Dieses Konzept entspricht der Auffassung der Taktwellenform als das oben erwähnte analytische Signal. 30(b) zeigt ein Blockdiagramm, wo die Taktwellenform als analytisches Signal angesehen wird. Wenn das Innere der PLL-Schaltung betrachtet wird, wie in 31 gezeigt, könnte eine Schwingungswellenform eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) als das analytische Signal behandelt werden.It can be interpreted from the equation (2.5.2) or (3.23) that a phase noise waveform Δφ (t) randomly changes a phase of a carrier wave corresponding to the clock frequency. As a result of this random phase modulation, the period of the carrier wave fluctuates and jitter is generated. An actually observable quantity is, as in 30 (a) only the real part of the randomly phase modulated signal is shown (see, for example, reference c16). However, if the imaginary part could also be observed at the same time, the phase angle could be easily obtained. This concept corresponds to the conception of the clock waveform as the above-mentioned analytic signal. 30 (b) shows a block diagram where the clock waveform is considered as an analytical signal. If the inside of the PLL circuit is considered as in 31 As shown, a vibration waveform of a voltage controlled oscillator (VCO) could be treated as the analytic signal.

In diesem Fall moduliert Δφ(t) zufällig die Phase der Taktwellenform. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb, ein Verfahren zum Ableiten von Δφ(t) von der Tabellenform zu schaffen. 32 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel wird eine analoge Taktwellenform von einer in Prüfung befindlichen PLL-Schaltung 17 in ein digitales Taktsignal durch einen Analog-Digital-Wandler ADC umgesetzt, und das digitale Taktsignal wird einem Hilbert-Paar-Generator zugeführt, der als Mittel 11 zum Umformen des analytischen Signals wirkt, durch das das digitale Taktsignal in ein komplexes analytisches Signal umgeformt wird. Mit Bezug auf dieses analytische Signal wird eine momentane Phase des analytischen Signals durch einen Momentanphasen-Abschätzer 12 abgeschätzt. Eine lineare Phase wird von der Momentanphase durch ein Linearphase-Entfernungsmittel 13 entfernt, um einen variablen Anteil der momentanen Phase, d. h. eine Phasenrausch-Wellenform, zu erhalten. Ein Peak-to-Peak-Jitter wird aus der Phasenrausch-Wellenform durch einen Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßt. Zusätzlich wird ein RMS-Jitter aus der Phasenrausch-Wellenform durch einen RMS-Detektor 15 erfaßt.In this case Δφ (t) randomly modulates the phase of the clock waveform. An object of the present invention is therefore to provide a method for deriving Δφ (t) from the tabular form. 32 shows a block diagram of a first embodiment of a device for measuring a jitter according to the present invention. For example, an analog clock waveform will be from a PLL circuit under test 17 converted into a digital clock signal by an analog-to-digital converter ADC, and the digital clock signal is supplied to a Hilbert pair generator, which is used as a means 11 for transforming the analytic signal, by which the digital clock signal is transformed into a complex analytic signal. With respect to this analytic signal, a momentary phase of the analytic signal is detected by a momentum phase estimator 12 estimated. A linear phase is taken from the instantaneous phase by a linear phase removing means 13 to obtain a variable portion of the current phase, that is, a phase noise waveform. A peak-to-peak jitter is extracted from the phase noise waveform by a peak-to-peak detector 14 detected. In addition, an RMS jitter from the phase noise waveform is detected by an RMS detector 15 detected.

Wie bereits oben erwähnt, wird ein Referenztaktsignal, das weiterhin streng eine konstante Periode einhält, der in Prüfung befindlichen PLL-Schaltung zugeführt. 33 zeigt das Referenztaktsignal. Infolgedessen erzeugt die in Prüfung befindliche PLL-Schaltung intern keinen Phasenfehler, so daß nur ein durch einen VCO verursachter zufälliger Jitter auf der Taktwellenform erscheint. Eine aufgenommene Taktwellenform wird in ein analytisches Signal umgeformt, und ihre momentane Phase wird abgeschätzt, um einen Jitter basierend auf der Streuung gegenüber einer linearen Phase abzuschätzen. 34 zeigt ein Jitter-Prüfsystem, wo die vorliegende Erfindung angewendet wird.As already mentioned above, a reference clock signal which continues strictly to a constant period is supplied to the PLL circuit under test. 33 shows the reference clock signal. As a result, the PLL circuit under test does not internally generate a phase error, so that only a random jitter caused by a VCO appears on the clock waveform. A picked-up clock waveform is converted into an analytic signal, and its instantaneous phase is estimated to estimate a jitter based on the dispersion versus a linear phase. 34 shows a jitter test system where the present invention is applied.

Jeder Block kann auch durch analoge Signalverarbeitung realisiert werden. In der vorliegenden Erfindung ist jeder Block jedoch durch digitale Signalverarbeitung ausgeführt. Digitale Signalverarbeitung ist flexibler als analoge Signalverarbeitung, und ihre Geschwindigkeit und Genauigkeit können leicht entsprechend der Schaltungsausstattung verändert werden. Aus der gegenwärtigen Erfahrung der Erfinder bei der Entwicklung einer Rauschanalysevorrichtung für ein Fernsehbildsignal wird vermutet, daß die benötigte Zahl von Bits zur Quantisierung einer Taktwellenform 10 Bits oder mehr wäre.Each block can also be realized by analog signal processing. However, in the present invention, each block is implemented by digital signal processing. Digital signal processing is more flexible than analog signal processing, and its speed and accuracy can be easily changed according to the circuit configuration. From the inventors' current experience in developing a noise analysis device for a television picture signal, it is believed that the number of bits required to quantize a clock waveform 10 Bits or more would be.

Nun wird ein Algorithmus zum Messen eines Jitters beschrieben, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.Now For example, an algorithm for measuring a jitter is described in of the present invention is used.

Ein Hilbert-Paar-Generator als in 32 und 35 gezeigtes Mittel 11 zum Umformen eines analytischen Signals formt eine Taktwellenform Xc(t) in ein analytisches Signal Zc(i) um. Nach Gleichung (3.6) ist das Hilbert-transformierte Ergebnis von Xc(t) gegeben durch folgende Gleichung (3.34). x ⌢c(t) = H[xc(t)] = Acsin(2πfct + θc + Δϕ(t)) (3.34) A Hilbert pair generator as in 32 and 35 An analytical signal transforming means 11 transforms a clock waveform X c (t) into an analytic signal Z c (i). According to equation (3.6), the Hilbert-transformed result of X c (t) is given by the following equation (3.34). x ⌢ c (t) = H [x c (t)] = A c sin (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) (3.34)

Wenn Xc(t) und x ⌢c(t) als Realteil und Imaginärteil einer komplexen Zahl aufgefaßt werden, ist ein analytisches Signal durch die folgende Gleichung (3.35) gegeben. zc(t) = xc(t) + jx ⌢c(t) = Accos(2πfct + θc + Δϕ(t)) + jAcsin(2πfct + θc + Δϕ(t)) (3.35) If X c (t) and x ⌢ c (t) are considered to be the real part and the imaginary part of a complex number, an analytic signal is given by the following equation (3.35). z c (t) = x c (t) + jx ⌢ c (t) = A c cos (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) + jA c sin (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) (3.35)

In diesem Fall ist es bevorzugt, wie in 35 gezeigt, daß die Taktwellenform Xc(t) durch das Bandpaßfilter 21a geführt wird, um Hochfrequenzkomponenten und eine Gleichstromkomponente zu beseitigen, und daß die Filterausgabe als Realteil des analytischen Signals Zc(t) genutzt wird, und daß eine Ausgabe des Hilbert-Transformators 21, die ein Ergebnis einer Hilbert-Transformation der Filterausgabe ist, als Imaginärteil des analytischen Signals Zc(t) genutzt wird. Wenn die Grundwellenfrequenz der Taktwellenform Xc(t) als f0 angenommen wird, ist das Durchgangsband des Filters 21a f0/2–1,5f0. Außerdem gibt es einen Hilbert-Transformator 21, in dem ein Bandpaßfilter vorhanden ist. In diesem Fall wird die Taktwellenform Xc(t) dem Hilbert-Transformator 21 zugeführt, so daß die Taktwellenform Xc(t) durch das interne Bandpaßfilter geführt wird, und anschließend wird die Filterausgabe Hilbert-transformiert, um als Imaginärteil verwendet zu werden. Die Taktwellenform Xc(t) hingegen wird durch das Bandpaßfilter geführt, um als Realteil verwendet zu werden.In this case, it is preferable as in 35 shown that the clock waveform X c (t) by the band-pass filter 21a is performed to eliminate high-frequency components and a DC component, and that the filter output is used as a real part of the analytical signal Z c (t), and that an output of the Hilbert transformer 21 , which is a result of a Hilbert transform of the filter output, is used as an imaginary part of the analytic signal Z c (t). When the fundamental wave frequency of the clock waveform X c (t) is assumed to be f 0 , the pass band of the filter is 21a f 0 / 2-1.5f 0 . There is also a Hilbert transformer 21 in which a bandpass filter is present. In this case, the clock waveform X c (t) becomes the Hilbert transformer 21 is supplied so that the clock waveform X c (t) is passed through the internal band-pass filter, and then the filter output is Hilbert-transformed to be used as an imaginary part. On the other hand, the clock waveform X c (t) is passed through the band-pass filter to be used as a real part.

Der folgende Algorithmus 3 ist eine Berechnungsprozedur, die das "Nullgangstheorem" (die Grundwelle einer Wellenform enthält die Nulldurchgangsinformation der ursprünglichen Wellen form) nutzt. Das heißt der Algorithmus 3 ist die Berechungsprozedur, die diese Demonstration nutzt. Mit anderen Worten formt der Algorithmus 3 nur die Grundwelle einer Taktwellenform in ein analytisches Signal um. 36(a) zeigt die ursprüngliche Taktwellenform, die eine Gestalt ähnlich einer Rechteckwelle hat. Genauer gesagt führt dieses Mittel 11 zur Umformung eines analytischen Signals, wie in 67 gezeigt, eine Fouriertransformation der Taktwellenform unter Verwendung des FFT-Teiles 21 durch. 36(b) zeigt ein zweiseitiges Leistungsspektrum, das das Ergebnis der Fouriertransformation ist. Dann werden die negativen Frequenzkomponenten durch das Bandpaßfilter 22 abgeschnitten. Gleichzeitig wird, wie in 36(c) gezeigt, nur die Grundwelle der Taktwellenform durch ein Bandpaßfilter 22 extrahiert. Das heißt, in diesem Schritt werden Hilbert-Transformation und Bandpaßfilterung gleichzeitig durchgeführt. Wenn das in 36(c) gezeigte Spektrum durch ein Invers-FFT-Teil 23 invers fouriertransformiert wird, wird ein analytisches Signal erhalten. Da nur die Frequenzkomponenten in der Umgebung der Grundwelle durch die Bandpaßfilterung extrahiert werden, entspricht das in 36(d) gezeigte analytische Signal der Grundwelle der Taktwellenform, und Xc(t), dargestellt als durchgezogene Linie, ist eine Summe von Sinuswellen.The following Algorithm 3 is a calculation procedure that uses the "zero-geared theorem" (the fundamental wave of a waveform containing the zero-crossing information of the original waveforms). That is, Algorithm 3 is the computational procedure that uses this demonstration. In other words, the algorithm 3 transforms only the fundamental wave of a clock waveform into an analytic signal. 36 (a) shows the original clock waveform, which has a shape similar to a square wave. More precisely, this agent performs 11 for transforming an analytic signal, as in 67 shown a Fourier transform of the clock waveform using the FFT part 21 by. 36 (b) shows a two-sided power spectrum that is the result of the Fourier transform. Then, the negative frequency components through the band-pass filter 22 cut off. At the same time, as in 36 (c) shown only the fundamental wave of the clock waveform through a band-pass filter 22 extracted. That is, in this step, Hilbert transform and band pass filtering are performed simultaneously. If that is in 36 (c) spectrum shown by an inverse FFT part 23 Inverse Fourier transform, an analytical signal is obtained. Since only the frequency components in the vicinity of the fundamental wave are extracted by the band-pass filtering, the in 36 (d) is the basic waveform of the clock waveform, and X c (t) shown as a solid line is a sum of sine waves.

Algorithmus 3 (Prozedur zum Umformen einer realen Wellenform in ein analytisches Signal von dessen Grundwelle):Algorithm 3 (Procedure for transforming a real waveform into an analytic signal from its fundamental):

  • 1. Durch schnelle Fouriertransformation wird c in den Frequenzbereich transformiert;1. By fast Fourier transformation is c is transformed into the frequency domain;
  • 2. Negative Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten. Frequenzkomponenten in der Umgebung der Taktfrequenz werden durch eine Bandpaßfilterung extrahiert, und andere Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten;2. Negative frequency components are truncated to zero. Frequency components in the vicinity of the clock frequency are through a bandpass filtering extracted, and other frequency components are truncated to zero;
  • 3. Das Spektrum wird durch inverse schnelle Fouriertransformation in den Zeitbereich transformiert.3. The spectrum is determined by inverse fast Fourier transformation transformed into the time domain.

Ein Momentanphasen-Abschätzer 12 schätzt eine momentane Phase von Xc(t) unter Verwendung von Zc(t) ab. Das heißt, folgende Gleichung (3.36.1) wird erhalten. Θ(t) = [2πfc + θc + Δϕ(t)] mod 2π (3.36.1) A momentary phase estimator 12 estimates an instantaneous phase of X c (t) using Z c (t). That is, the following equation (3.36.1) is obtained. Θ (t) = [2πf c + θ c + Δφ (t)] mod 2π (3.36.1)

Als nächstes wendet der Momentanphasen-Abschätzer 12 das oben erwähnte Phasenauspackverfahren auf Θ(t) an. Wie in 68 gezeigt, umfaßt der Momentanphasen-Abschätzer nämlich einen Momentanphasen-Bewertungsteil 24 zum Abschätzen einer momentanen Phase des analytischen Signals Zc(t) und ein Kontinuierlichphase-Umsetzungsteil 25 zum Anwenden eines Auspackverfahrens auf die abgeschätzte momentane Phase Θ(t), um eine kontinuierliche Phase θ(t) zu erhalten. Als Ergebnis der kontinuierlichen Phasenumwandlung wird folgende Gleichung (3.36.2) erhalten. θ(t) = 2πfct + θc + Δϕ(t) (3.36.2) Next, the instantaneous phase estimator applies 12 the above-mentioned phase unpacking method on Θ (t). As in 68 Namely, the instantaneous phase estimator comprises a momentary phase judging part 24 for estimating a current phase of the analytic signal Z c (t) and a continuous-phase conversion part 25 for applying an unpacking method to the estimated instantaneous phase Θ (t) to obtain a continuous phase θ (t). As a result of the continuous phase transformation, the following equation (3.36.2) is obtained. θ (t) = 2πf c t + θ c + Δφ (t) (3.36.2)

37(b) und 37(c) zeigen eine momentane Phase bzw. eine ausgepackte Phase. Zusätzlich schätzt ein Linearphasen-Entferner 13 unter Verwendung des oben erwähnten Lineartrendabschätzungsverfahrens eine lineare Phase [2πfct + θc] basierend auf θ(t) mit einem Linearphase-Abschätzungsteil 26 ab. Wenn als nächstes durch ein Subtrahierteil 27 die lineare Phase von θ(t) entfernt wird, kann ein variabler Term Δφ(t) der momentanen Phase, nämlich eine durch die folgende Gleichung (3.36.3) ausgedrückte Phasenrausch-Wellenform erhalten werden. θ(t) = Δϕ(t) (3.36.3) 37 (b) and 37 (c) show a momentary phase or an unwrapped phase. In addition, a linear phase remover estimates 13 using the linear trend estimation method mentioned above, a linear phase [2πf c t + θ c ] based on θ (t) with a linear phase estimation part 26 from. If next through a subtracting part 27 the linear phase of θ (t) is removed, a variable term Δφ (t) of the current phase, namely a phase noise waveform expressed by the following equation (3.36.3). θ (t) = Δφ (t) (3.36.3)

37(b) zeigt Δφ(t). Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Jitter-Meßalgorithmus kann gleichzeitig einen Peak-to-Peak-Jitter JPP und einen RMS-Jitter JRMS aus Δφ(t) durch den Peak-to-Peak-Detektor 14 und den RMS-Detektor 15 abschätzen. Das heißt, die folgenden Gleichungen (3.37) und (3.38) können erhalten werden. 37 (b) shows Δφ (t). The jitter measuring algorithm used in the present invention can simultaneously detect a peak-to-peak jitter J PP and an RMS jitter J RMS from Δφ (t) through the peak-to-peak detector 14 and the RMS detector 15 estimated. That is, the following equations (3.37) and (3.38) can be obtained.

Figure 00350001
Figure 00350001

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren auch als Δφ(t)-Verfahren bezeichnet.in the The following is the process of the invention also as Δφ (t) method designated.

Als nächstes wird das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Nulldurchgangsverfahren logisch verglichen.When next becomes the method according to the invention logically compared with the zero crossing procedure.

Zuerst wird gezeigt, daß wenn nur eine steigende Flanke eines Signals (gleich dem Nulldurchgang) abgetastet wird, das Δφ(t)-Verfahren dem Nulldurchgangsverfahren äquivalent ist. Wenn die Periode des Nulldurchganges ausgedrückt wird als TZERO, wird eine Taktwellenform Xc(t) ausgedrückt durch die folgende Gleichung (3.39)

Figure 00350002
First, it is shown that if only one rising edge of a signal (equal to zero crossing) is sampled, the Δφ (t) method is equivalent to the zero crossing method. When the period of zero crossing is expressed as T ZERO , a clock waveform X c (t) is expressed by the following equation (3.39)
Figure 00350002

Unter Verwendung der Gleichung (3.35) kann ein durch folgende Gleichung (3.40) ausgedrücktes analytisches Signal erhalten werden.Under Using Equation (3.35) can be given by the following equation (3.40) analytical signal are obtained.

Figure 00350003
Figure 00350003

Aus der Gleichung (3.10.3) wird eine momentane Frequenz von Zc(t) durch folgende Gleichung (3.41) erhalten.From the equation (3.10.3), a momentary frequency of Z c (t) is obtained by the following equation (3.41).

Figure 00350004
Figure 00350004

Folglich kann f(t) wie folgt ausgedrückt werden.consequently f (t) can be expressed as follows become.

Figure 00360001
Figure 00360001

Das heißt, wenn nur eine steigende Flanke eines Signals abgetastet wird, ist gezeigt, daß das Δφ(t)-Verfahren äquivalent zum Nulldurchgangsverfahren ist.The is called, when only a rising edge of a signal is sampled shown that the Δφ (t) method equivalent to the zero crossing procedure.

Beim Nulldurchgangsverfahren kann die Zeitauflösung der Periodenmessung nicht willkürlich gewählt werden. Die Zeitauflösung dieses Verfahrens ist festgelegt durch den Nulldurchgang des gemessenen Signals. Beim Δφ(t)-Verfahren hingegen können sowohl Zeitauflösung als auch Phasenauflösung durch Erhöhen der Zahl der Abtastwerte pro Periode verbessert werden. 39 zeigt einen Vergleich zwischen den Daten des herkömmlichen Nulldurchgangsverfahrens und den Daten des Δφ(t)-Verfahrens. Man erkennt, daß die Zeitauflösung auf der Zeitachse und die Phasenauflösung auf der Längsachse verbessert sind.In the zero-crossing method, the time resolution of the period measurement can not be arbitrarily selected. The time resolution of this method is determined by the zero crossing of the measured signal. By contrast, in the Δφ (t) method, both time resolution and phase resolution can be improved by increasing the number of samples per period. 39 Fig. 12 shows a comparison between the data of the conventional zero-crossing method and the data of the Δφ (t) method. It can be seen that the time resolution on the time axis and the phase resolution on the longitudinal axis are improved.

Vergleichen wir nun eine obere Grenze des Abtastintervalls des Δφ(t)-Verfahrens mit der des Nulldurchgangsverfahrens. Die obere Grenze des Abtastintervalls des Δφ(t)-Verfahrens kann aus den oben beschriebenen Bedingungen abgeleitet werden. Das heißt, um eine Phasenauspackung eindeutig durchzuführen, muß eine Phasendifferenz zwischen benachbarten analytischen Signalen Zc(t) kleiner als π sein. Damit Zc(t) diese Bedingung erfüllt, müssen wenigstens zwei Abtastwerte in gleichem Intervall innerhalb einer Periode abgetastet werden. Da z. B. fC die durch Gleichung (3.23) gegebene Frequenz von Xc(t) ist, ist die obere Grenze des Abtastintervalls 1/2fc. Andererseits ist die obere Grenze des äquivalenten Abtastintervalls des Nulldurchgangsverfahrens 1/fc.Now let us compare an upper limit of the sampling interval of the Δφ (t) method with that of zero by main action. The upper limit of the sampling interval of the Δφ (t) method can be derived from the conditions described above. That is, to unambiguously perform phase unpacking, a phase difference between adjacent analytic signals Z c (t) must be less than π. For Z c (t) to satisfy this condition, at least two samples must be sampled at the same interval within a period. Because z. For example, f C is the frequency of X c (t) given by equation (3.23), the upper limit of the sample interval is 1 / 2f c . On the other hand, the upper limit of the equivalent sampling interval of the zero-crossing method is 1 / f c .

Als nächstes wird ein Abtastverfahren unter Verwendung von Quadraturmodulation beschrieben. Die Taktfrequenz eines Mikrocomputers hat alle 5 Jahre um einen Faktor 2,5 zugenommen. Sofern das Verfahren zum Messen eines Jitters nicht bezüglich der Meßzeitauflösung skalierbar ist, kann der Taktjitter eines Mikrocomputers nicht gemessen werden. Ein Verfahren, um das Verfahren zum Messen eines Jitters skalierbar zu machen, ist die Quadraturmodulation. Wie aus 28 und 16 zu erkennen ist, ist bei einer jitterbehafteten Taktwellenform ein Phasenrausch-Spektrum um die Taktfrequenz als Mittenfrequenz gestreut. Eine jitterbehaftete Taktwellenform ist also ein bandbreitenbegrenztes Signal. Aus diesem Grund ist es möglich, die untere Grenze der Abtastfrequenz zu reduzieren, indem die Quadraturmodulation mit einem Tiefpaßfilter kombiniert wird.Next, a sampling method using quadrature modulation will be described. The clock frequency of a microcomputer has increased by a factor of 2.5 every 5 years. Unless the method of measuring a jitter is scalable with respect to the measurement time resolution, the clock jitter of a microcomputer can not be measured. One method to make the method of measuring a jitter scalable is quadrature modulation. How out 28 and 16 can be seen, a phase noise spectrum is scattered by the clock frequency as the center frequency at a jittery clock waveform. A jittery clock waveform is thus a bandwidth limited signal. For this reason, it is possible to reduce the lower limit of the sampling frequency by combining the quadrature modulation with a low-pass filter.

40(a) ist ein Blockdiagramm, das einen Phasenabschätzer zum Abschätzen von Δφ(t) einer Taktwellenform unter Verwendung eines Quadraturmodulationssystems zeigt. Die Eingabe Xc(t) wird in einem komplexen Mischer gemäß folgender Gleichung (3.43) multipliziert. cos(2π(fc + Δf)t + θ) + jsin(2π(fc + Δf)t + θ) (3.43) 40 (a) Fig. 10 is a block diagram showing a phase estimator for estimating Δφ (t) of a clock waveform using a quadrature modulation system. The input X c (t) is multiplied in a complex mixer according to the following equation (3.43). cos (2π (f c + Δf) t + θ) + jsin (2π (f c + Δf) t + θ) (3.43)

Eine komplexe Ausgabe des Tiefpaßfilters ist gegeben durch die folgende Gleichung (3.44).A complex output of the low-pass filter is given by the following equation (3.44).

Figure 00370001
Figure 00370001

Das heißt, Xc(t) wird durch die Quadraturmoduiation und das Tiefpaßfilter in ein analytisches Signal Zc(i) umgeformt, und die Frequenz wird auf Δf verringert. Anschließend wird das analoge Signal in ein digitales Signal umgeformt, und eine momentane Phase von Xc(t) wird durch einen Momentanphasen-Abschätzer abgeschätzt, so daß eine durch die folgende Gleichung (3.45) ausgedrückte momentane Phase Θ(t) erhalten werden kann. Θ(t) = [2πΔft + (θ – θc) – Δϕ(t)]mod2π (3.45) That is, X c (t) is converted into an analytic signal Z c (i) by the quadrature modulation and the low-pass filter, and the frequency is reduced to Δf. Subsequently, the analog signal is converted into a digital signal, and an instantaneous phase of X c (t) is estimated by an instantaneous phase estimator, so that a current phase Θ (t) expressed by the following equation (3.45) can be obtained. Θ (t) = [2πΔft + (θ - θ c ) - Δφ (t)] mod2π (3.45)

Ähnlich dem vorherigen Beispiel wird eine Phasenauspackung an Θ(t) vorgenommen, und eine lineare Phase wird durch einen Linearphasen-Entferner entfernt, so daß die folgende Gleichung (3.46) erhalten werden kann. θ(t) = –Δφ(t) (3.46) Similar to the previous example, phase unpacking is performed on Θ (t), and a linear phase is removed by a linear phase remover, so that the following equation (3.46) can be obtained. θ (t) = -Δφ (t) (3.46)

Wie oben erwähnt, ist gezeigt worden, daß die untere Grenze der Abtastfrequenz des Δφ(t)-Verfahrens von 2fc auf 2(Δf) reduziert werden, indem die Quadraturmodulation mit einem Tiefpaßfilter kombiniert wird. Entsprechend kann auch die untere Grenze der äquivalenten Abtastfrequenz des Nulldurchgangsverfahrens von fc auf Δf reduziert werden. Ein ähnlicher Effekt kann auch erhalten werden durch Kombinieren eines in 40(b) gezeigten Heterodyn-Systems mit einem Tiefpaßfilter. Hier wird eine eingegebene Taktwellenform Xc(t) mit cos(2π(fc + Δf)t + θ) durch den Mischer multipliziert, und eine Frequenzdifferenzkomponente wird aus der Ausgabe des Mischers durch ein Tiefpaßfilter oder ein Bandpaßfilter extrahiert. Die Differenzfrequenzkomponente wird durch den AD-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt, und das digitale Signal wird z. B. dem Hilbert-Paar-Generator zugeführt, der als Mittel 11 zum Umformen des analytischen Signals wirkt.As mentioned above, it has been shown that the lower limit of the sampling frequency of the Δφ (t) method is reduced from 2f c to 2 (Δf) by combining the quadrature modulation with a low pass filter. Similarly, the lower limit of the equivalent sampling frequency of the zero-crossing method can be reduced from f c to Δf. A similar effect can also be obtained by combining an in 40 (b) shown heterodyne system with a low-pass filter. Here, an input clock waveform X c (t) with cos (2π (fc + Δf) t + θ) is multiplied by the mixer, and a frequency difference component is extracted from the output of the mixer by a low-pass filter or a band-pass filter. The difference frequency component is converted by the AD converter into a digital signal, and the digital signal is z. B. supplied to the Hilbert pair generator, which acts as a means 11 for reshaping the analytical signal.

Schließlich werden die Meßzeitperioden Tmeas des Δφ(t)-Verfahrens und des Nulldurchgangsverfahrens abgeleitet. Tmeas,ZERO des Nulldurchgangsverfahrens ist durch folgende Gleichung (3.47.1) als Zeitperiode gegeben, die zum Sammeln des Δφ(t) von N Punkten erforderlich ist, entsprechend der unteren Grenze einer äquivalenten Abtastfrequenz Δf.Finally, the measurement time periods T meas of the Δφ (t) method and the zero-crossing method are derived. T meas, ZERO of the zero-crossing method is given by the following equation (3.47.1) as a time period required to collect the Δφ (t) of N points corresponding to the lower limit of an equivalent sampling frequency Δf.

Figure 00370002
Figure 00370002

Für das Δφ(t)-Verfahren wird der Fall der K-fachen Zahl von Abtastwerten pro Periode diskutiert. Deshalb ist eine beim Δφ(t)-Verfahren benötigte Zeitperiode zum Abtasten von N Punkten von Δφ(t) mit einer Frequenz 2K(Δf), die K mal so hoch wie die Frequenz der unteren Grenze der Abtastfrequenz ist, gegeben durch folgende Gleichung (3.47.2).For the Δφ (t) method the case of K times the number of samples per period is discussed. Therefore, one in the Δφ (t) method needed Time period for sampling N points of Δφ (t) having a frequency 2K (Δf) which is K times as high as the frequency of the lower limit of the sampling frequency is given by the following equation (3.47.2).

Figure 00370003
Figure 00370003

Das Δφ(t)-Verfahren kann Δφ(t) also 2K-mal schneller messen als das Nulldurchgangsverfahren. Zusätzlich erkennt man, daß die Meßzeitauflösung durch Anpassen von K skalierbar verändert werden kann. Die Zeitauflösung des Nulldurchgangsverfahrens hingegen ist durch Δf festgelegt. 41 zeigt einen Vergleich zwischen dem Δφ(t)-Verfahren und dem Nulldurchgangsverfahren.The Δφ (t) method can therefore measure Δφ (t) 2K times faster than the zero-crossing method. In addition, it can be seen that the measurement time resolution can be scaled by adjusting K scalable. By contrast, the time resolution of the zero-crossing method is defined by Δf. 41 shows a comparison between the Δφ (t) method and the zero-crossing method.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Abschätzen einer spektralen Leistungsdichtefunktion einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) erläutert. Da beim oben erwähnten Algorithmus 3 nur die Grundwelle durch Bandpaßfilterung extrahiert wird, besteht der Nachteil, daß der Frequenzbereich, in dem eine spektrale Verteilung von Δφ(t) beobachtet werden kann, begrenzt ist. Da der nachfolgend beschriebene Algorithmus 4 dazu dient, eine spektrale Verteilung von Δφ(t) zu beobachten, wird darin keine Bandpaßfilterung benutzt. Umgekehrt kann der unten beschriebene Algorithmus 4 nicht zur Beobachtung von Δφ(t) eingesetzt werden.When next will be a method of estimating of a spectral power density function of a phase noise waveform Δφ (t). There at the above mentioned Algorithm 3 only the fundamental wave is extracted by band-pass filtering, There is the disadvantage that the Frequency range in which a spectral distribution of Δφ (t) is observed can be limited. Since the algorithm described below 4 serves to observe a spectral distribution of Δφ (t) becomes therein no bandpass filtering used. Conversely, the algorithm 4 described below can not used to observe Δφ (t) become.

Wenn ein analytisches Signal Zc(t) abgeschätzt wird, wird schnelle Fouriertransformation eingesetzt. In diesem Fall wird Xc(t)W(t) (eine durch Multiplizieren von Xc(t) mit einer Fensterfunktion W(t) erhaltene Wellenform) einer schnellen Fouriertransformation unterzogen. Im allgemeinen hat die Amplitude von W(t) einen Wert nahe Null in der Nähe des ersten Zeitpunktes und des letzten Zeitpunktes (siehe z. B. Literaturhinweis c17). Aus diesem Grund hat die durch inverse Fouriertransformation berechnete Wellenform Xc(t)W(t) in der Nähe des ersten Zeitpunktes und des letzten Zeitpunktes einen großen Fehler, so daß Xc(t)W(t) nicht als Daten verwendet werden kann. Auch bei der Abschätzung von Zc(t) wird das dem mittleren Bereich entsprechende Xc(t)W(t), d. h. etwa 50% der Fensterfunktion, mit einem Kehrwert der Fensterfunktion 1/W(t) multipliziert, um Zc(t) abzuschätzen, und die Werte beider Enden von Xc(t)W(t) müssen verworfen werden.When an analytic signal Z c (t) is estimated, fast Fourier transform is used. In this case, X c (t) W (t) (a waveform obtained by multiplying X c (t) by a window function W (t)) is subjected to a fast Fourier transform. In general, the amplitude of W (t) has a value near zero near the first time and the last time (see, for example, reference c17). For this reason, the inverse Fourier transform calculated waveform X c (t) W (t) has a large error near the first timing and the last timing so that X c (t) W (t) can not be used as data , Also in the estimation of Z c (t), the X c (t) W (t) corresponding to the central region, ie, about 50% of the window function, is multiplied by an inverse of the window function 1 / W (t) to obtain Z c ( t) and the values of both ends of X c (t) W (t) must be discarded.

Bei diesem Verfahren können nur 512 Punkte von Zc(t) aus 1024 Punkten von Xc(t) abgeschätzt werden. In diesem Fall wird angenommen, daß Xc(t) in einem Wellenform-Aufzeichnungspuffer aufgezeichnet wird. Um die Zahl von Abtastwerten für Zc(t) zu steigern, ist es notwendig, den Wellenform-Aufzeichnungspuffer zu segmentieren, so daß die Wellenform teilweise mit der vorhergehenden Wellenform überlappt, um Zc(t) entsprechend jedem Zeitintervall zu berechnen und schließlich jedes Zc(t) zusammenzusetzen, um das gesamte zusammengesetzte Zc(t) zu erhalten.In this method, only 512 points of Z c (t) of 1024 points of X c (t) can be estimated. In this case, it is assumed that X c (t) is recorded in a waveform recording buffer. In order to increase the number of samples for Z c (t), it is necessary to segment the waveform recording buffer so that the waveform partially overlaps the previous waveform to calculate Z c (t) corresponding to each time interval, and finally each Z c (t) to obtain the entire composite Z c (t).

Wenn Zc(t) abgeschätzt wird, sollte eine Fensterfunktion verwendet werden, die nur die minimale Modulation einer Amplitude von Xc(t) herbeiführt. Die Fensterfunktion, die diese Bedingung erfüllen kann, ist Hanning (siehe Literaturhinweis c17). Diese hat nur das Minimum, d. h. ein Spektrum am oberen und am unteren Seitenband. In diesem Fall überlappen ca. 25% einer Wellenform.If Z c (t) is estimated, then a window function should be used which only causes the minimum modulation of an amplitude of X c (t). The window function that can satisfy this condition is Hanning (see reference c17). This has only the minimum, ie a spectrum at the upper and lower sideband. In this case, about 25% overlap a waveform.

Algorithmus 4 (Prozedur zum Abschätzen eines Spektrums eines analytischen Signals):

  • 1. Xc(t) wird ab der Startadresse aus dem Wellenform-Aufzeichnungspuffer 31 entnommen (69);
  • 2. Xc(t) wird mit einer Fensterfunktion W(t) durch ein Fensterfunktion-Multiplizierteil 32 multipliziert;
  • 3. Das Produkt Xc(t)W(t) wird durch ein schnelles Fouriertransformierteil 33 in den Frequenzbereich transformiert;
  • 4. Nur die negativen Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten;
  • 5. Das Spektrum wird durch ein schnelles inverses Fouriertransformierteil 35 in den Zeitbereich transformiert, um Zc(t)W(t) zu erhalten;
  • 6. Zc(t)W(t) wird mit einem Kehrwert der Fensterfunktion durch ein Fensterfunktion-Dividierteil 36 multipliziert, um Zc(t) zu erhalten;
  • 7. Xc(t) wird aus dem Wellenform-Aufzeichnungspuffer entnommen. In diesem Fall wird Xc(t) so entnommen, daß zwei benachbarte Xc(t) miteinander um ca. 25% überlappen; und
  • 8. Die obigen Schritte 2–7 werden wiederholt, bis das gesamte Zc(t) erhalten ist.
Algorithm 4 (procedure for estimating a spectrum of an analytic signal):
  • 1. X c (t) is taken from the start address of the waveform record buffer 31 taken ( 69 );
  • 2. X c (t) is multiplied by a window function W (t) by a window function multiplier part 32 multiplied;
  • 3. The product X c (t) W (t) is replaced by a fast Fourier transforming part 33 transformed into the frequency domain;
  • 4. Only the negative frequency components are truncated to zero;
  • 5. The spectrum is characterized by a fast inverse Fourier transforming part 35 transformed into the time domain to obtain Z c (t) W (t);
  • 6. Z c (t) W (t) is given with a reciprocal of the window function by a window function dividing part 36 multiplied to obtain Z c (t);
  • 7. X c (t) is taken from the waveform record buffer. In this case, X c (t) is taken so that two adjacent X c (t) overlap with each other by about 25%; and
  • 8. The above steps 2-7 are repeated until the entire Z c (t) is obtained.

Ein Leistungsspektrum für ein so verarbeitetes Zc(t) wird durch ein Spektrumanalysierteil 38 abgeschätzt.A power spectrum for a thus processed Z c (t) is determined by a spectrum analyzer 38 estimated.

Als nächstes wird ein spezifisches Beispiel beschrieben, bei dem die Effektivität des oben genannten Verfahrens zum Messen eines Jitters durch eine Simulation überprüft wird.Next, a specific example will be described in which the effectiveness of the above Method for measuring a jitter is checked by a simulation.

Beziehung zwischen dem Nulldurchgang einer Taktwellenform und der Grundwelle der Taktwellenform Es wird anhand der in 21 gezeigten idealen Taktwellenform gezeigt, daß "der Nulldurchgang der Grundwelle einer Wellenform die Nulldurchgangsinformation der ursprünglichen Wellenform enthält (Nulldurchgangstheorem)". Das heißt, eine Taktwellenform wird fouriertransformiert, die Grundfrequenzkomponente bleibt übrig, und die Frequenzkomponenten der zweiten und höherer Harmonischer werden auf Null beschnitten. Dieses Spektrum wird invers fouriertransformiert, um die wiederhergestellte Wellenform im Zeitbereich zu erhalten. Die Periode wird aus dem Nulldurchgang dieser Wellenform abgeschätzt. 42(a) zeigt ein Spektrum, aus dem die Harmonischen entfernt worden sind. 42(b) zeigt die wiederhergestellte Wellenform mit darübergelegter ursprünglicher Taktwellenform. Entsprechend sind ein Teilsummenspektrum bis zur Harmonischen 13. Ordnung und die wiederhergestellte Wellenform in 43(a) bzw. 43(b) aufgetragen. Beim Vergleich jeder wiederhergestellten Wellenform mit der ursprünglichen Taktwellenform erkennt man, daß der Nulldurchgang ein Fixpunkt ist. Das heißt, ein Zeitpunkt des Nulldurchgangs ist konstant, unabhängig von der Zahl der Ordnungen der in der Partialsumme verwendeten Harmonischen.Relationship between the zero crossing of a clock waveform and the fundamental wave of the clock waveform 21 shown ideal clock waveform that "the zero crossing of the fundamental wave of a waveform containing the zero crossing information of the original waveform (zero crossing theorem)". That is, a clock waveform is Fourier-transformed, the fundamental frequency component is left over, and the frequency components of the second and higher harmonics are clipped to zero. This spectrum is inverse Fourier transformed to obtain the recovered waveform in the time domain. The period is estimated from the zero crossing of this waveform. 42 (a) shows a spectrum from which the harmonics have been removed. 42 (b) shows the recovered waveform with the original clock waveform over it. Correspondingly, a partial sum spectrum is up to the harmonic 13 , Order and the recovered waveform in 43 (a) respectively. 43 (b) applied. Comparing each recovered waveform to the original clock waveform, one sees that the zero crossing is a fixed point. That is, a time of zero crossing is constant regardless of the number of orders of the harmonics used in the partial sum.

Ein relativer Fehler zwischen einer "Periode des ursprünglichen Taktsignals" und einer "aus einer wiederhergestellten Wellenform abgeschätzten Periode" wird für jede Ordnung von Harmonischen durch Inkrementieren der Zahl der Harmonischen von 1 bis 13 erhalten. 44(a) zeigt die relativen Fehlerwerte der Periode. Ein Fehler der abgeschätzten Periode hängt nicht von der Zahl der Ordnungen der Harmonischen ab. So wird gezeigt, daß der "Nulldurchgang der Grundwelle eine gute Näherung für den Nulldurchgang des ursprünglichen Signals abgibt". Die relativen Fehler von Effektiv-Werten einer Wellenform werden zu Vergleichszwecken angegeben. 44(b) zeigt die relativen Fehler der aus einer wiederhergestellten Wellenform abgeschätzten Effektiv-Werte im Vergleich zu den Effektiv-Werten der ursprünglichen Taktwellenform. Man erkennt, daß im Effektiv-Fall der relative Fehler nicht abnimmt, sofern die Partialsumme nicht Harmonische höherer Ordnung enthält.A relative error between a "period of the original clock signal" and a "period estimated from a recovered waveform" is obtained for each order of harmonics by incrementing the number of harmonics of 1 to 13. 44 (a) shows the relative error values of the period. An error of the estimated period does not depend on the number of harmonic orders. Thus it is shown that the "zero crossing of the fundamental wave gives a good approximation to the zero crossing of the original signal". The relative errors of rms values of a waveform are given for comparison purposes. 44 (b) shows the relative errors of the estimated rms values from a recovered waveform compared to the rms values of the original clock waveform. It can be seen that in the effective case, the relative error does not decrease unless the partial sum contains higher-order harmonics.

Als Zusammenfassung der obigen Ergebnisse kann man feststellen, daß "wenn nur die Grundwelle eines Taktsignals extrahiert werden kann, eine momentane Periode aus dem Nulldurchgang der ursprünglichen Taktwellenform abgeschätzt werden kann. In diesem Fall wird die Abschätzungsgenauigkeit nicht verbessert, auch wenn mehr Harmonische zur Abschätzung hinzugefügt werden". So ist das "Nulldurchgangstheorem" bewiesen.When Summing up the above results one can state that "if only the fundamental of a Clock signal can be extracted, a current period from the Zero crossing of the original one Estimated clock waveform can be. In this case, the estimation accuracy is not improved even if more harmonics are added to the estimation. "Thus, the" zero crossing theorem "is proved.

Als nächstes wird ein Fall erläutert, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen eines Jitters (Δφ(t)-Verfahren) auf eine jitterfreie PLL-Schaltung angewendet wird. Als PLL-Schaltung wird die in der Erläuterung des Standes der Technik offenbarte PLL-Schaltung verwendet. Eine in 46 gezeigte PLL-Schaltung ist in einer SPICE-Simulation aus 0,6 μm-CMOS-Teilen aufgebaut und wird durch eine Spannungsversorgung von 5 V betrieben, um diverse Wellenformen zu erhalten. 45 zeigt Parameter eines MOSFET. Eine Oszillationsfrequenz des VCO ist 128 MHz. Ein Frequenzteiler teilt eine Schwingungswellenform des VCO auf ein Viertel der Frequenz, um es in einen PLL-Takt mit einer Frequenz von 32 MHz umzuwandeln. Die Zeitauflösung der SPICE-Simulationswellenform ist 50 ps. Dann wird aus der Simulationswellenform eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) berechnet. Die Abschätzung von Δφ(t) wird mit Matlab simuliert.Next, a case where the method of measuring a jitter (Δφ (t) method) according to the present invention is applied to a jitter-free PLL circuit will be explained. As the PLL circuit, the PLL circuit disclosed in the explanation of the prior art is used. An in 46 The PLL circuit shown is constructed in a SPICE simulation from 0.6 μm CMOS parts and is operated by a power supply of 5 V to obtain various waveforms. 45 shows parameters of a MOSFET. An oscillation frequency of the VCO is 128 MHz. A frequency divider divides a vibration waveform of the VCO to a quarter of the frequency to convert it into a PLL clock having a frequency of 32 MHz. The time resolution of the SPICE simulation waveform is 50 ps. Then, a phase noise waveform Δφ (t) is calculated from the simulation waveform. The estimation of Δφ (t) is simulated with Matlab.

47(a) zeigt eine Eingabewellenform des VCO. 47(b) zeigt eine Oszillationswellenform des VCO. 48(a) zeigt ein Ausgabeleistungsspektrum des VCO. Die Oszillationswellenform des VCO von 8092 Punkten wird mit einer "Minimum-4-Term-Fensterfunktion" (vgl. z. B. Literaturhinweis c18) multipliziert, und eine spektrale Leistungsdichtefunktion wird mit Hilfe von schneller Fouriertransformation abgeschätzt. 48(b) zeigt die spektrale Leistungsdichtefunktion des mit Algorithmus 4 abgeschätzten Δφ(t). Wie in 69 gezeigt, wird ein analytisches Signal Zc(i) durch das Mittel zum Umformen des analytisches Signals 11 unter Verwendung des Algorithmus 4 erzeugt. Dann wird eine momentane Phase θ(t) dieses analytischen Signals Zc(t) mit dem Momentanphasen-Abschätzer 12 abgeschätzt, und eine lineare Phase wird aus der momentanen Phase θ(t) durch den Linearphasen-Detektor 13 entfernt, um die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) zu erhalten. Dann wird ein Leistungsspektrum der Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) durch das Spektrumanalysierteil 37 erhalten. Die Bedingungen für die schnelle Fouriertransformation sind die gleichen wie die zur Gewinnung der spektralen Ausgabe-Leistungsdichtefunktion des VCO verwendeten. Wenn man 48(a) mit 48(b) vergleicht, erkennt man im Leistungsspektrum von Δφ(t), daß das Spektrum der Oszillationsfrequenz der VCO von 128 MHz um ca. 120 dB gedämpft ist. Die Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) hat höhere Pegel bei niedrigeren Frequenzen durch einen Einfluß von 1/f-Rauschen. 47 (a) shows an input waveform of the VCO. 47 (b) shows an oscillation waveform of the VCO. 48 (a) shows an output power spectrum of the VCO. The oscillation waveform of the VCO of 8092 points is multiplied by a "minimum 4-term window function" (see, for example, reference c18), and a spectral power density function is estimated by means of fast Fourier transform. 48 (b) shows the spectral power density function of the algorithm 4 estimated Δφ (t). As in 69 is shown, an analytical signal Z c (i) by the means for reshaping the analytical signal 11 generated using the algorithm 4. Then, an instantaneous phase θ (t) of this analytic signal Z c (t) with the instantaneous phase estimator 12 is estimated, and a linear phase becomes out of the current phase θ (t) by the linear phase detector 13 to obtain the phase noise waveform Δφ (t). Then, a power spectrum of the phase noise waveform Δφ (t) becomes the spectrum analyzing part 37 receive. The conditions for the fast Fourier transform are the same as those used to obtain the spectral output power density function of the VCO. If 48 (a) With 48 (b) If one compares, in the power spectrum of Δφ (t), the spectrum of the oscillation frequency of the VCO of 128 MHz is attenuated by approximately 120 dB. The power density function of Δφ (t) has higher levels at lower frequencies through the influence of 1 / f noise.

49 zeigt Diagramme für den Vergleich des herkömmlichen Nulldurchgangsverfahrens mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. 49(a) zeigt ein Ergebnis der Momentanperiodemessung einer Schwingungswellenform des VCO, gemessen mit dem Nulldurchgangsverfahren. 49(b) zeigt das mit dem Verfahren des Algorithmus 3 gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschätzte Δφ(t). Ein Spektrum mit einem Frequenzbereich (10 MHz bis 200 MHz), in dem die Harmonische 2. Ordnung nicht enthalten ist, wurde durch ein Bandpaßfilter extrahiert, und Δφ(t) wurde durch schnelle inverse Fouriertransformation gewonnen. Aus der Tatsache, daß die momentane Periode und Δφ(t) kein Rauschen anzeigen, läßt sich zeigen, daß diese PLL-Schaltung tatsächlich keinen Jitter aufweist. 49 shows diagrams for comparing the conventional zero-crossing method with him inventive method. 49 (a) FIG. 12 shows a result of instantaneous period measurement of a vibration waveform of the VCO measured by the zero-crossing method. 49 (b) shows Δφ (t) estimated by the method of algorithm 3 according to the present invention. A spectrum with a frequency range (10 MHz to 200 MHz), in which the harmonic 2 , Order was not included, was extracted by a band-pass filter, and Δφ (t) was obtained by fast inverse Fourier transform. From the fact that the instantaneous period and Δφ (t) indicate no noise, it can be shown that this PLL circuit actually has no jitter.

In 47(a) ist zu sehen, daß ein Frequenzsteigerungspuls dem VCO zu einem Zeitpunkt von ca. 1127 ns zugeführt wird. Zwei Frequenzsenkungspulse werden dem VCO zu Zeitpunkten von ca. 908 ns bzw. 1314 ns zugeführt. Dies basiert auf dem Leistungsvermögen der bei der Simulation verwendeten PLL-Schaltung. Betrachtet man das in 49(b) gezeigte Δφ(t), so tritt eine Phasenänderung durch den Einfluß des Frequenzsteigerungspulses etwa zu einem Zeitpunkt 1140 ns auf. Phasenänderungen aufgrund der Einflüsse der zwei Frequenzsenkungspulse treten etwa zu Zeitpunkten 920 ns bzw. 1325 ns auf. Dies sind deterministische Daten. Andererseits tritt in der momentanen Periode von 49(a) eine Phasenänderung durch den Einfluß des Frequenzsteigerungspulses zu einem Zeitpunkt von etwa 1130 ns auf. Eine Phasenänderung durch den Einfluß der Frequenzsenkungspulse tritt nur zum Zeitpunkt ca. 910 ns auf. Ein Einfluß des Frequenzsenkungspulses bei ca. 1314 ns tritt in der Änderung der momentanen Periode nicht auf.In 47 (a) It can be seen that a frequency increase pulse is applied to the VCO at a time of approximately 1127 ns. Two frequency sweep pulses are applied to the VCO at times of approximately 908 ns and 1314 ns, respectively. This is based on the performance of the PLL circuit used in the simulation. Looking at that in 49 (b) shown Δφ (t), so a phase change occurs by the influence of the frequency increase pulse at about 1140 ns time. Phase changes due to the effects of the two frequency sweep pulses occur at about 920 ns and 1325 ns, respectively. These are deterministic data. On the other hand, in the current period of 49 (a) a phase change due to the influence of the frequency increase pulse at a time of about 1130 ns. A phase change due to the influence of the frequency reduction pulses occurs only at about 910 ns. An influence of the frequency sweep pulse at about 1314 ns does not occur in the change of the current period.

Wenn man die obigen Ergebnisse zusammenfaßt, kann man feststellen, daß bei dem erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren der Oszillationszustand sich entsprechend einem Frequenzsteigerungspuls oder einem Frequenzsenkungspuls ändert, wenn kein Phasenrauschen vorhanden ist. Das Δφ(t)-Verfahren hat im Verhältnis zum herkömmlichen Nulldurchgangsverfahren eine höhere Auflösung. Die spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) ist durch das Spektrum der Oszillationsfrequenz des VCO wenig beeinflußt.If summarizing the above results, it can be seen that in the Δφ (t) method according to the invention the oscillation state corresponding to a frequency increase pulse or a frequency sweep pulse changes, if there is no phase noise. The Δφ (t) method has in relation to usual Zero crossing procedure a higher one Resolution. The spectral power density function of Δφ (t) is through the spectrum the oscillation frequency of the VCO little affected.

Als nächstes wird ein Fall erläutert, bei dem das oben erwähnte Verfahren zum Messen eines Jitters nach der vorliegenden Erfindung (Δφ(t)-Verfahren) auf eine jitterbehaftete PLL-Schaltung angewendet wird. Zusätzlich wird das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit der momentanen Periodeabschätzung mit Hilfe des Nulldurchgangsverfahrens verglichen, um zu überprüfen, daß das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen eines Jitters für eine Phasenrausch-Abschätzung brauchbar ist.When next a case is explained where the above mentioned Method for measuring a jitter according to the present invention (Δφ (t) method) is applied to a jittery PLL circuit. In addition will the method according to the present invention with the current Periodic assessment compared using the zero crossing procedure to verify that the inventive method to measure a jitter for a phase noise estimate is usable.

Wie bereits oben erwähnt, kann ein Jitter durch Zuführen eines additiven Rauschens zum VCO simuliert werden, um die Phase der Oszillationswellenform des VCO zufällig zu modulieren. Bei der vorliegenden Erfindung wurde der Jitter der PLL-Schaltung simuliert durch Zuführen eines additiven Rauschens zu einem Eingabeende der VCO-Oszillationsschaltung. Ein Gauß'sches Rauschen wurde mit Hilfe der Funktion randn0 von Matlab erzeugt. Ferner wurde basierend auf SPICE-Simulation ein Gauß'sches Rauschen einem Eingabeende des VCO der in 50 gezeigten PLL-Schaltung zugeführt.As mentioned above, jitter can be simulated by applying additive noise to the VCO to randomly modulate the phase of the oscillation waveform of the VCO. In the present invention, the jitter of the PLL circuit was simulated by supplying an additive noise to an input end of the VCO oscillation circuit. A Gaussian noise was generated using the function randn0 of Matlab. Further, based on SPICE simulation, Gaussian noise was applied to an input end of the VCO of FIG 50 supplied PLL circuit shown.

51(a) zeigt eine Eingabewellenform des VCO, wenn 3σ des Gauß'schen Rauschens 0,05 V beträgt. 51(b) zeigt eine Oszillationswellenform des VCO. Vergleicht man 47(a) mit 51(a), so sieht man, daß durch den Jitter die Zahl der Frequenzsteigerungspulse von 1 auf 4 erhöht ist, und daß die Zahl der Frequenzsenkungspulse ebenfalls von 2 auf 3 erhöht ist. 51 (a) shows an input waveform of the VCO when 3σ of the Gaussian noise is 0.05V. 51 (b) shows an oscillation waveform of the VCO. If you compare 47 (a) With 51 (a) , it can be seen that the number of frequency increase pulses is increased from 1 to 4 by the jitter, and that the number of frequency lowering pulses is also increased from 2 to 3.

52(a) zeigt das Ausgabeleistungsspektrum des VCO. Das Rauschspektrum ist erhöht. 52(b) zeigt eine spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t). Vergleicht man 48(b) mit 52(b), so erkennt man, daß die Leistung von Δφ(t) erhöht ist. Die spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) hat höhere Pegel bei tieferen Frequenzen. 52 (a) shows the output power spectrum of the VCO. The noise spectrum is increased. 52 (b) shows a spectral power density function of Δφ (t). If you compare 48 (b) With 52 (b) , it can be seen that the power of Δφ (t) is increased. The spectral power density function of Δφ (t) has higher levels at lower frequencies.

53(a) und 53(b) sind Diagramme zum Vergleichen des herkömmlichen Nulldurchgangsverfahrens mit dem Verfahren zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung. 53 (a) and 53 (b) Fig. 15 are diagrams for comparing the conventional zero crossing method with the method for measuring a jitter according to the present invention.

53(a) zeigt ein Ergebnis der Momentanperiodemessung einer Oszillationswellenform des VCO, gemessen mit dem Nulldurchgangsverfahren. 53(b) zeigt das mit dem Verfahren zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschätzte Δφ(t). Vergleicht man 53 mit 49, so erkennt man, daß die entsprechende Änderung der Wellenform sich signifikant unterscheidet. Das heißt, wenn kein Jitter vorhanden ist, haben die momentane Periode und/oder Δφ(t) niedrige Frequenzkomponenten. Wenn jedoch ein Jitter vorhanden ist, haben momentane Periode und/oder Δφ(t) relativ hohe Frequenzkomponenten. Dies bedeutet, daß die momentane Periode oder das Δφ(t), wie in 53 gezeigt, einem Phasenrauschen entspricht. Wenn 53(a) sorgfältig mit 53(b) verglichen wird, erkennt man das folgende: (i) Die momentane Periode und Δφ(t) sind einander etwas ähnlich. Allerdings sind (ii) Zeitauflösung und Phasen-(Perioden-)-auflösung von Δφ(t) höher als die der momentanen Periode. 53 (a) shows a result of the instantaneous period measurement of an oscillation waveform of the VCO measured by the zero-crossing method. 53 (b) shows Δφ (t) estimated by the method of measuring a jitter according to the present invention. If you compare 53 With 49 , it can be seen that the corresponding change in the waveform differs significantly. That is, if there is no jitter, the instantaneous period and / or Δφ (t) have low frequency components. However, if jitter exists, current period and / or Δφ (t) have relatively high frequency components. This means that the current period or the Δφ (t), as in 53 shown corresponds to a phase noise. If 53 (a) carefully with 53 (b) is compared, the following is recognized: (i) The current period and Δφ (t) are somewhat similar to each other. However, (ii) time resolution and phase (perio the -) resolution of Δφ (t) higher than that of the current period.

Faßt man die obigen Ergebnisse zusammen, so kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen eines Jitters (das Δφ(t)-Verfahren) ein Phasenrauschen mit einer hohen Zeitauflösung und einer hohen Phasenauflösung abschätzen. Natürlich kann auch das Nulldurchgangsverfahren ein Phasenrauschen in Form einer momentanen Periode abschätzen. Ein Nachteil des Nulldurchgangsverfahrens ist jedoch, daß die Zeitauflösung und die Periodenabschätzungsauflösung auf Nulldurchgänge begrenzt sind.Do you understand the The above results together, so the inventive method for measuring a jitter (the Δφ (t) method) Estimate a phase noise with a high time resolution and a high phase resolution. Of course you can also the zero crossing method phase noise in the form of a estimate the current period. A disadvantage of the zero-crossing method, however, is that the time resolution and the period estimate resolution Zero crossings are limited.

Als nächstes wird das herkömmliche Verfahren zum Abschätzen eines Jitters mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen eines Jitters (dem Δφ(t)-Verfahren) verglichen. Was jedoch die Abschätzung eines RMS-Jitters angeht, wird das Δφ(t)-Verfahren mit dem Spektralverfahren verglichen, und mit Bezug auf die Abschätzung eines Peak-to-Peak-Jitters wird das Δφ(t)-Verfahren mit dem Nulldurchgangsverfahren verglichen.When next becomes the conventional one Method of estimating a jitter with the inventive method for measuring a Jitters (the Δφ (t) method) compared. But what about the estimation of a RMS jitter, the Δφ (t) method compared with the spectral method, and with respect to the estimation of a Peak-to-peak jitters will be the Δφ (t) method with the Zero crossing procedure compared.

54 zeigt Bedingungen zum Vergleichen der abgeschätzten Werte des RMS-Jitters. Die mit dem oben erwähnten Algorithmus 4 abgeschätzte spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) wird als Spektrum nach dem herkömmlichen Verfahren eingesetzt. Bei dem Spektralverfahren wird eine Summe des Phasenrausch-Leistungsspektrums im Frequenzbereich (10 MHz bis 200 MHz) erhalten, in dem die Harmonische zweiter Ordnung nicht enthalten ist, und ein RMS-Jitter JRMS wird mit Hilfe der Gleichung (3.33) abgeschätzt. Der in 54(a) schwarz ausgemalte Bereich ist das dem Frequenzbereich entsprechende Spektrum. Beim Δφ(t)-Verfahren hingegen wird ein RMS-Jitter JRMS anhand des oben erwähnten Algorithmus 3 und der Gleichung (3.38) abgeschätzt. Dies entspricht einem Effektiv-Wert der Phasenrausch-Wellenform Δφ(t). Das 3σ eines Gauß'schen Rauschens wird einem Eingabeende des VCO der in 50 gezeigten PLL-Schaltung durch Ändern von dessen Wert von 0 auf 0,5 V zugeführt, um einen RMS-Jitterwert einer Oszillationswellenform des VCO abzuschätzen. Wie in 55 gezeigt, liefern das Δφ(t)-Verfahren und das Spektralverfahren miteinander jeweils im wesentlichen kompatible Schätzwerte. 54 shows conditions for comparing the estimated values of the RMS jitter. The spectral power density function of Δφ (t) estimated by the above-mentioned algorithm 4 is used as a spectrum according to the conventional method. In the spectral method, a sum of the phase noise power spectrum is obtained in the frequency range (10 MHz to 200 MHz) in which the second order harmonic is not included, and an RMS jitter J RMS is estimated by the equation (3.33). The in 54 (a) black painted area is the spectrum corresponding to the frequency range. On the other hand, in the Δφ (t) method, an RMS jitter J RMS is estimated from the above-mentioned algorithm 3 and equation (3.38). This corresponds to an effective value of the phase noise waveform Δφ (t). The 3σ of a Gaussian noise is applied to an input end of the VCO of FIG 50 is shown by changing its value from 0 to 0.5V to estimate an RMS jitter value of an oscillation waveform of the VCO. As in 55 1, the Δφ (t) method and the spectral method each provide substantially compatible estimates.

56 zeigt Diagramme zum Vergleichen von Schätzwerten des Peak-to-Peak-Jitters. Dreieckige Markierungen bezeichnen jeweils Spitzenwerte. Die Positionen der dreieckigen Markierungen sind für das Δφ(t)-Verfahren und das Spektralverfahren unterschiedlich. Dies bedeutet, daß ein Peak-to-Peak-Jitter nicht notwendigerweise an den Nulldurchgängen erzeugt wird. Wie in 57 gezeigt, liefern das Δφ(t)-Verfahren und das Spektralverfahren jeweils miteinander kompatible Schätzwerte. 56 shows graphs for comparing estimates of peak-to-peak jitter. Triangular markers each denote peak values. The positions of the triangular marks are different for the Δφ (t) method and the spectral method. This means that a peak-to-peak jitter is not necessarily generated at the zero crossings. As in 57 1, the Δφ (t) method and the spectral method provide mutually compatible estimates.

Wenn man die obigen Ergebnisse zusammenfaßt, so liefert das Δφ(t)-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Abschätzung eines RMS-Jitters Schätzwerte, die mit denen des herkömmlichen Spektralverfahrens kompatibel sind. Auch bei der Abschätzung eines Peak-to-Peak-Jitters liefert das Δφ(t)-Verfahren Schätzwerte, die mit denen des Nulldurchgangsverfahrens kompatibel sind.If Summarizing the above results, the Δφ (t) method yields according to the present Invention in the estimation an RMS jitter estimates, those with the conventional ones Spectral method are compatible. Also in the estimation of a Peak-to-peak jitter provides the Δφ (t) method Estimates which are compatible with those of the zero crossing procedure.

Als nächstes werden die Leistungen des herkömmlichen Verfahrens zum Abschätzen eines Jitters und die Leistung des erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahrens bei Verwendung eines PLL-Taktes verglichen, der auf 1/4 der Frequenz heruntergetaktet ist. Als PLL-Schaltung wird die in 50 gezeigte PLL-Schaltung gebraucht. Der Frequenzteiler dieser Schaltung teilt eine Oszillationswellenform des VCO auf 114 der Frequenz herunter, um die Oszillationsfrequenz in einen PLL-Takt mit einer Frequenz von 32 MHz umzuwandeln. 66(b) zeigt die Wellenform des PLL-Taktes. Um mit den Ergebnissen der obigen Beispiele zu vergleichen, wird das 3σ eines additiven Gauß'schen Rauschens auf 0,05 V festgelegt.Next, the performance of the conventional jitter estimation method and the performance of the Δφ (t) method of the present invention are compared using a PLL clock clocked down to 1/4 of the frequency. As a PLL circuit, the in 50 Used PLL circuit needed. The frequency divider of this circuit divides an oscillation waveform of the VCO down to 114 of the frequency to convert the oscillation frequency to a PLL clock having a frequency of 32 MHz. 66 (b) shows the waveform of the PLL clock. To compare with the results of the above examples, the 3σ of additive Gaussian noise is set to 0.05V.

Wenn die Periode der Oszillationswellenform des VCO τVCO ist, ist die Periode des frequenzgeviertelten PLL-Taktes τPLL gegeben durch folgende Gleichung (3.48).When the period of the oscillation waveform of the VCO is τ VCO , the period of the frequency-quartered PLL clock τ PLL is given by the following equation (3.48).

Figure 00430001
Figure 00430001

In diesem Fall stellt εi eine zeitliche Fluktuation einer steigenden Flanke dar. Aus Gleichung (3.48) ist zu entnehmen, daß die Frequenzteilung eine den Jitter des Taktes reduzierende Wirkung hat.In this case, ε i represents a time fluctuation of a rising edge. From equation (3.48), it can be seen that the frequency division has a jitter reducing effect.

58 zeigt Diagramme zum Vergleichen des Nulldurchgangsvertahrens mit dem erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren. 58(a) zeigt das Ergebnis einer Messung einer momentanen Perioden des PLL-Taktes mit dem Nulldurchgangsverfahren. 58(b) zeigt Δφ(t), abgeschätzt mit dem oben erwähnten Algorithmus 3 des erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahrens. Ein Spektrum im Frequenzbereich (20 MHz bis 59 MHz), in dem die Harmonische zweiter Ordnung nicht enthalten ist, wird durch ein Bandpaßfilter extrahiert, und Δφ(t) wird durch inverse schnelle Fouriertransformation erhalten. Man erkennt, daß das Δφ(t) des PLL-Taktes sich deutlich von dem in 53(b) gezeigten Δφ(t) unterscheidet, das aus der Oszillationswellenform des VCO erhalten wird. Das Δφ(t) des PLL-Taktes betont Phasenunstetigkeitspunkte. Die Phasenunstetigkeitspunkte sind in gleichen Abständen und entsprechend den regelmäßigen Frequenzteilungsflanken. 58 shows diagrams for comparing the zero-crossing process with the Δφ (t) method according to the invention. 58 (a) shows the result of a measurement of a current periods of the PLL clock with the zero-crossing method. 58 (b) shows Δφ (t) estimated with the algorithm mentioned above mus 3 of the Δφ (t) method according to the invention. A spectrum in the frequency range (20 MHz to 59 MHz) in which the second-order harmonic is not included is extracted by a band-pass filter, and Δφ (t) is obtained by inverse fast Fourier transformation. It can be seen that the Δφ (t) of the PLL clock is significantly different from that in 53 (b) differs Δφ (t) obtained from the oscillation waveform of the VCO. The Δφ (t) of the PLL clock emphasizes phase discontinuity points. The phase discontinuity points are at equal intervals and corresponding to the regular frequency dividing edges.

59 zeigt ein Diagramm zum Vergleichen der Schätzwerte des RMS-Jitters. Beim Spektralverfahren (i) wurde Δφ(t) aus dem PLL-Takt mit dem Algorithmus 4 des erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahrens abgeschätzt; (ii) wurden die 8092 Punkte von Δφ(t) mit der „Minimum-4-Term-Fensterfunktion" multipliziert (siehe z. B. Literaturhinweis c18), und die spektrale Leistungsdichtefunktion wurde mit schneller Fouriertransformation abgeschätzt. Dann wurde (iii) beim Spektralverfahren eine Summe des Phasenrausch-Leistungsspektrums im Frequenzbereich (20 MHz bis 59 MHz), in dem die Harmonische zweiter Ordnung nicht enthalten ist, erhalten, und ein RMS-Jitter JRMS wurde mit Hilfe von Gleichung (3.33) abgeschätzt. Beim erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren hingegen wurde ein RMS-Jitter JRMS unter Verwendung von Algorithmus 3 und Gleichung (3.38) abgeschätzt. Wie in 59 gezeigt, liefern das Δφ(t)-Verfahren im wesentlichen miteinander kompatible Schätzwerte. In der Nähe eines 3σ eines additiven Gauß'schen Rauschens von 0,05 V ist allerdings der mit dem Δφ(t)-Verfahren abgeschätzte RMS-Jitter JRMS größer als der RMS-Jitter des Spektralverfahrens. Der Grund hierfür wird zusammen mit dem Prüfergebnis des Peak-to-Peak-Jitter JPP erklärt. Wenn man 59 mit 55 vergleicht, erkennt man, daß die Frequenzteilung auf 1/4 der Frequenz bei diesem speziellen Beispiel zu einem JRMS von 1/3,7 führt. 59 shows a diagram for comparing the estimates of the RMS jitter. In the spectral method (i) Δφ (t) was estimated from the PLL clock with the algorithm 4 of the Δφ (t) method according to the invention; (ii) the 8092 points of Δφ (t) were multiplied by the "minimum 4-term window function" (see, e.g., reference c18), and the spectral power density function was estimated by fast Fourier transform Spectral method a sum of the phase noise power spectrum in the frequency range (20 MHz to 59 MHz), in which the second order harmonic is not included, and an RMS jitter J RMS was estimated by means of equation (3.33). t) method, on the other hand, an RMS jitter J RMS was estimated using Algorithm 3 and Equation (3.38) 59 As shown, the Δφ (t) method provides substantially compatible estimates. In the vicinity of a 3σ of an additive Gaussian noise of 0.05 V, however, the RMS jitter J RMS estimated using the Δφ (t) method is greater than the RMS jitter of the spectral method. The reason for this is explained together with the test result of the peak-to-peak jitter J PP . If 59 With 55 Comparing, it can be seen that the frequency division to 1/4 of the frequency in this particular example leads to a J RMS of 1 / 3.7.

60 zeigt ein Diagramm zum Vergleich der Schätzwerte des Peak-to-Peak-Jitters. Das Δφ(t)-Verfahren und das Nulldurchgangsverfahren liefern im wesentlichen miteinander kompatible Schätzwerte. Inder Nähe eines 3σ eines additiven Gauß'schen Rauschens von 0,05 jedoch ist der nach dem Δφ(t)-Verfahren abgeschätzte Peak-to-Peak-Jitter JPP größer als der im Nulldurchgangsverfahren abgeschätzte. Der Grund hierfür wird als nächstes erläutert. 60 shows a diagram for comparing the estimates of the peak-to-peak jitter. The Δφ (t) method and the zero-crossing method provide substantially compatible estimates. However, in the vicinity of a 3σ of Gaussian additive noise of 0.05, the peak-to-peak jitter J PP estimated by the Δφ (t) method is larger than that estimated in the zero-crossing method. The reason for this will be explained next.

61(a) zeigt ein Phasenrausch-Leistungsspektrum für 3σ = 0,05 V (im wesentlicher gleicher Schätzwert wie beim Nulldurchgangsverfahren). Ein Cursor in der Figur bezeichnet eine obere Grenzfrequenz bei der Abschätzung von Δφ(t). Ein schwaches Phasenmodulationsspektrum ist in der Nähe des Cursors zu erkennen. 62 zeigt ein analytisches Signal Zc(t) für diesen Fall. Man erkennt, daß das analytische Signal Zc(t) durch das schwache Phasenmodulationsspektrum zu einer komplexen Sinuswelle geworden ist. Aus diesem Grund ändert sich die momentane Phase gleichmäßig. 61 (a) shows a phase noise power spectrum for 3σ = 0.05V (essentially the same as the zero crossing procedure). A cursor in the figure denotes an upper limit frequency in the estimation of Δφ (t). A weak phase modulation spectrum can be seen near the cursor. 62 shows an analytic signal Z c (t) for this case. It can be seen that the analytical signal Z c (t) has become a complex sine wave due to the weak phase modulation spectrum. For this reason, the current phase changes evenly.

61(b) zeigt ein Phasenrausch-Leistungsspektrum wenn 3σ = 0,10 V ist (größerer Schätzwert als beim Nulldurchgangsverfahren). Dieses Phasenrausch-Leistungsspektrum zeigt eine für 1/f-Rauschen typische Gestalt. Die Grundfrequenz dieses 1/f-Rauschens ist nicht die PLL-Taktfrequenz 32 MHz. Allerdings ist das Zc(t) des 1/f-Rauschens durch das Hilbert-Paar einer von dem oben erwähnten Beispiel abgeleiteten Rechteckwelle gegeben. Deshalb nimmt das in 63 gezeigte Zc(t) die gleiche Gestalt an wie das in 22 gezeigt Hilbert-Paar. Da Zc(t) eine komplexe Gestalt hat, ändert sich die momentane Phase stark. Deshalb nehmen JPP und JRMS bei Abschätzung nach dem Δφ(t)-Verfahren große Werte an, wenn 3σ eines additiven Gauß'schen Rauschens nahe bei 0,05 V ist. 61 (b) shows a phase noise power spectrum when 3σ = 0.10 V (larger estimate than in the zero-crossing method). This phase noise power spectrum exhibits a typical shape for 1 / f noise. The fundamental frequency of this 1 / f noise is not the PLL clock frequency 32 MHz. However, the Z c (t) of the 1 / f noise is given by the Hilbert pair of a square wave derived from the above-mentioned example. That's why this takes in 63 Z c (t) has the same shape as that in FIG 22 shown Hilbert couple. Since Z c (t) has a complex shape, the instantaneous phase changes greatly. Therefore, J PP and J RMS, when estimated by the Δφ (t) method, assume large values when 3σ of additive Gaussian noise is close to 0.05V.

Vergleicht man 60 mit 57, so erkennt man, daß die Frequenzteilung auf 1/4 bei diesem spezifischen Beispiel zu einem JPP von 1/3,2 führt.If you compare 60 With 57 , it can be seen that the frequency division to 1/4 in this specific example leads to a J PP of 1 / 3.2.

Faßt man die obigen Ergebnisse zusammen, so ist überprüft worden, daß mit dem Δφ(t)-Verfahren auch ein RMS-Jitter und ein Peak-to-Peak-Jitter eines frequenzgeteilten Taktes abgeschätzt werden kann. Der Schätzwert ist mit dem herkömmlichen Meßverfahren kompatibel. Wenn das Phasenrausch-Leistungsspektrum die Gestalt von 1/f-Rauschen annimmt, liefert das Δφ(t)-Verfahren einen größeren Wert als das herkömmliche Meßverfahren.Do you understand the the above results, it has been verified that with the Δφ (t) method as well an RMS jitter and a peak-to-peak jitter of a frequency-divided Estimated tact can be. The estimate is with the conventional one measurement methods compatible. When the phase noise power spectrum is the shape of 1 / f noise, the Δφ (t) method provides a larger value than the conventional one Measurement methods.

Wie aus der obigen Diskussion deutlich wird, ist die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen eines Jitters (des Δφ(t)-Verfahrens) durch eine Simulation überprüft worden. Zusätzlich wurde überprüft, daß der Nulldurchgang der ursprünglichen Wellenform aus dem Nulldurchgang der Grundwelle abgeschätzt werden kann. Dies hat eine wichtige Grundlage dafür geschaffen, daß mit dem Δφ(t)-Verfahren ein mit dem Nulldurchgangsverfahren kompatibler Peak-to-Peak-Jitter abgeschätzt werden kann. Wenn nämlich Δφ(t) unter Verwendung des Spektrums eines ganzen Frequenzbereichs statt nur der Grundwelle abgeschätzt wird, wird eine in 56(b) gezeigte Wellenform erhalten. Das heißt, eine Welligkeit bei höheren Frequenzen ist der Wellenform überlagert. Ferner kann, wie in 57 gezeigt, die Kompatibilität mit dem Nulldurchgangsverfahren nicht realisiert werden. Außerdem ist überprüft worden, daß wenn das Δφ(t)-Verfahren auf eine jitterbehaftete PLL-Schaltung angewendet wird, das Δφ(t)-Verfahren für die Abschätzung des Phasenrauschens wirksam ist. Zusätzlich wurde deutlich, daß das herkömmliche Verfahren zum Messen eines Jitters mit dem Δφ(t)-Verfahren bezüglich eines Peak-to-Peak-Jitters und eines RMS-Jitters kompatibel ist. Außerdem wurde überprüft, daß ein Jitter eines frequenzgeteilten Taktes auch kompatibel abgeschätzt werden kann.As is apparent from the above discussion, the effectiveness of the method of measuring a jitter according to the invention (the Δφ (t) method) has been verified by a simulation. In addition, it has been verified that the zero crossing of the original waveform can be estimated from the zero crossing of the fundamental. This has created an important basis for estimating a zero-crossing compatible peak-to-peak jitter with the Δφ (t) method. Namely, when Δφ (t) is estimated by using the spectrum of a whole frequency range instead of only the fundamental wave, an in 56 (b) obtained waveform. That is, a ripple at higher frequencies is superimposed on the waveform. Furthermore, as in 57 shown, the compatibility with the zero-crossing method can not be realized. In addition, it has been verified that when the Δφ (t) method is applied to a jittery PLL circuit, the Δφ (t) method is effective for phase noise estimation. In addition, it has become clear that the conventional method of measuring a jitter is compatible with the Δφ (t) method in terms of peak-to-peak jitter and RMS jitter. In addition, it has been verified that a jitter of a frequency-divided clock can also be estimated compatible.

Außerdem werden mit der vorliegenden Erfindung eine skalierbare Vorrichtung und ein skalierbares Verfahren zum Messen eines Jitters vorgeschlagen. Zum Beispiel wird, wie durch eine gestrichelte Linie in 32 gezeigt, eine Frequenz einer Taktwellenform Xc(i) aus der in Prüfung befindlichen PLL-Schaltung 17 oder dergleichen durch den variablen Frequenzteiler 41 auf 1/N (N ist eine ganze Zahl) der Frequenz heruntergeteilt, d. h. die Taktperiode wird ver-N-facht. Wenn als Frequenzteiler 41 z. B. ein in 70A gezeigtes T-(toggle)-Flipflop verwendet wird, das durch eine steigende Flanke getriggert wird, wird ein Eingabetakt T, wie in 70B gezeigt, als ein Takt Q mit zweifacher Zeitperiode ausgegeben. Indem die Periode der Taktwellenform Xc(t) ver-N-facht wird (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 2), kann auf diese Weise ein Analog-Digital-Wandler ADC benutzt werden, der bei einer relativ niedrigen Arbeitsfrequenz (Abtastfrequenz) arbeitet. Das heißt, auch wenn die Frequenz der Taktwellenform Xc(t) hoch ist, kann ihr Jitter durch Verringern der Frequenz der Taktwellenform Xc(t) auf 1/N gemessen werden, so daß der Analog-Digital-Wandler ADC benutzbar ist.In addition, the present invention proposes a scalable device and a scalable method for measuring a jitter. For example, as indicated by a dashed line in 32 shown a frequency of a clock waveform X c (i) from the PLL circuit under test 17 or the like through the variable frequency divider 41 to 1 / N (N is an integer) of the frequency is divided down, that is, the clock period is ver-N times. When as a frequency divider 41 z. B. in 70A T-toggle flip-flop, which is triggered by a rising edge, becomes an input clock T, as in FIG 70B shown as a clock Q with twice the time period output. By multiplying the period of the clock waveform X c (t) by N (N is an integer equal to or greater than 2), an analog-to-digital converter ADC operating at a relatively low operating frequency (FIG. Sampling frequency). That is, even if the frequency of the clock waveform X c (t) is high, its jitter can be measured by decreasing the frequency of the clock waveform X c (t) to 1 / N, so that the analog-to-digital converter ADC is usable.

Wenn als Peak-to-Peak-Jitter und RMS-Jitter der Taktwellenform Xc(t) jeweils JPP1 bzw. JRMS1 angenommen werden und diese Jitter der Taktwellenform Xc(t) gemessen werden, deren Frequenz auf 1/N der Frequenz der Taktwellenform Xc(t) heruntergeteilt ist, sind diese Jitter gegeben durch die Gleichungen (4.1) JPPN = JPP1/N, JRMSN = JRMS1/N (4.1) When the peak-to-peak jitter and the RMS jitter of the clock waveform X c (t) are taken as J PP1 and J RMS1 , respectively, and these jitter of the clock waveform X c (t) are measured, their frequency is 1 / N of the frequency the clock waveform X c (t) is divided down, these jitter are given by the equations (4.1) J PPN = J PP1 / N, JR MSN = J RMS 1 / N (4.1)

Dies wird überprüft durch ein in 71 gezeigtes Meßsystem. Ein Taktsignal wird von einem Haupttaktgenerator 43 in einer automatischen Prüfeinrichtung ATE 42 erzeugt. Dieses Taktsignal wird durch einen externen Sinuswellenjitter in einem Jittergenerator 44 phasenmoduliert, so daß ein Jitter zum Taktsignal hinzugefügt wird. Der Takt, zu dem ein Jitter hinzugefügt worden ist, wird auf 1/M durch einen variablen Frequenzteiler 50 heruntergeteilt. Die frequenzgeteilte Ausgabe wird einem Digitaloszilloskop 45 als ein Prüfsignal zugeführt. Ein Taktsignal vom Haupttaktgenerator 43 wird durch den Frequenzteiler 50 auf 1/M frequenzgeteilt und dem Digitaloszilloskop 45 als Triggersignal zugeführt. Ein Peak-to-Peak-Jitter JPP und ein RMS-Jitter JRMS werden mit dem Digitaloszilloskop 45 gemessen, und die Meßergebnisse sind in 72 bzw. 73 gezeigt. In 72 und 73 bezeichnet eine seitliche Achse die Zahl von Frequenzteilungen N, und eine Längsachse bezeichnet Werte des Jitters. Ein Symbol Δ bezeichnet einen Meßwert, und eine gestrichelte Linie bezeichnet eine 1/N-Kurve. Für jeden Peak-to-Peak-Jitter und RMS-Jitter sind die diversen Werten von N entsprechenden Jitter-Werte im wesentlichen gleich den Werten der 1/N-Kurve, wodurch gezeigt ist, daß die Gleichungen 4.1 erfüllt sind.This is checked by an in 71 shown measuring system. A clock signal is from a main clock generator 43 in an automatic test device ATE 42 generated. This clock signal is generated by an external sine wave jitter in a jitter generator 44 phase modulated so that a jitter is added to the clock signal. The clock to which a jitter has been added becomes 1 / M by a variable frequency divider 50 divided down. The frequency-divided output becomes a digital oscilloscope 45 supplied as a test signal. A clock signal from the main clock generator 43 is through the frequency divider 50 frequency divided to 1 / M and the digital oscilloscope 45 supplied as a trigger signal. A peak-to-peak jitter J PP and an RMS jitter J RMS are performed with the digital oscilloscope 45 measured, and the measurement results are in 72 respectively. 73 shown. In 72 and 73 a lateral axis denotes the number of frequency divisions N, and a longitudinal axis denotes values of jitter. A symbol Δ denotes a measured value, and a broken line indicates a 1 / N curve. For each peak-to-peak jitter and RMS jitter, the various values of N corresponding jitter values are substantially equal to the values of the 1 / N curve, showing that the equations 4.1 are fulfilled.

Wie in 74 gezeigt, wird zum Taktsignal vom Haupttaktgenerator 43 im Jittergenerator 44 ein Jitter durch eine Sinuswelle fsin oder ein bandbreitenbegrenztes Zufallsrauschen bwrand hinzugefügt. Das Taktsignal mit hinzugefügtem Jitter wird durch den variablen Frequenzteiler 41 frequenzgeteilt. Dann wird eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) durch einen Δφ-Bewerter 46 mit Bezug auf das frequenzgeteilte Taktsignal erzeugt, und der Peak-to-Peak-Jitter und der RMS-Jitter werden bewertet. Der Δφ-Bewerter 46 umfaßt z. B. den Analog-Digital-Wandler ADC, das Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals, den Momentanphasen-Abschätzer 12, den Linearphasen-Entferner 13, den Peak-to-Peak-Detektor 14 und den RMS-Detektor 15, wie in 32 gezeigt. Die Peak-to-Peak-Jitterwerte und die RMS-Jitterwerte, die in diesem Fall für unterschiedliche Zahlen von Frequenzteilungen N erhalten werden, sind in 75 bzw. 76 gezeigt. In diesen Figuren bezeichnet ein Symbol O einen mit vom Δφ-Bewerter 46 erhaltenen Wert, und ein Symbol Δ bezeichnet einen nach dem Nulldurchgangsverfahren erhaltenen Wert. Eine gestrichelte Linie in 75 bezeichnet eine 1/N-Kurve. Aus diesen 75 und 76 ist erkennbar, daß ein Jitter durch Kombinieren des Frequenzteilers 41 und des Δφ(t)-Verfahrens genau gemessen werden kann.As in 74 shown becomes the clock signal from the main clock generator 43 in the jitter generator 44 a jitter is added by a sine wave f sin or a bandwidth limited random noise bw edge . The jitter-added clock signal is passed through the variable frequency divider 41 frequency divided. Then, a phase noise waveform Δφ (t) is evaluated by a Δφ evaluator 46 with respect to the frequency-divided clock signal, and the peak-to-peak jitter and the RMS jitter are evaluated. The Δφ-evaluator 46 includes z. As the analog-to-digital converter ADC, the means 11 for transforming the analytic signal, the instantaneous phase estimator 12 , the linear phase remover 13 , the peak-to-peak detector 14 and the RMS detector 15 , as in 32 shown. The peak-to-peak jitter values and the RMS jitter values obtained in this case for different numbers of frequency divisions N are in 75 respectively. 76 shown. In these figures, a symbol O denotes one with the Δφ evaluator 46 and a symbol Δ denotes a value obtained by the zero-crossing method. A dashed line in 75 denotes a 1 / N curve. From these 75 and 76 It can be seen that a jitter by combining the frequency divider 41 and the Δφ (t) method can be accurately measured.

In 32 wird ein Taktsignal Xc(t) von der in Prüfung befindlichen PLL-Schaltung 17 durch den Frequenzteiler 41 auf 1/N-Frequenz heruntergeteilt. Dieses frequenzgeteilte Taktsignal wird in ein Digitalsignal umgewandelt, und dieses Digitalsignal wird weiter durch den Hilbert-Paar-Generator 11 in ein komplexes analytisches Signal umgewandelt, um eine momentane Phase des analytischen Signals zu erhalten. Eine lineare Komponente wird aus der momentanen Phase entfernt, um eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) zu erhalten. Dann kann ein Peak-to-Peak-Jitter des Taktsignals Xc(t) durch Erfassen eines Peak-to-Peak-Wertes von Δφ(t) und dann durch Multiplizieren, mit Hilfe des Multiplizierers 47, des Peak-to-Peak-Wertes von Δφ(t) mit N erhalten werden. Außerdem kann ein RMS-Jitter des Taktsignals Xc(t) durch Berechnen eines RMS-Wertes von Δφ(t) und Multiplizieren des RMS-Wertes von Δφ(t) mit N durch den Multiplizierer 48 erhalten werden.In 32 becomes a clock signal X c (t) from the PLL circuit under test 17 through the frequency divider 41 divided down to 1 / N frequency. This frequency divided clock signal is converted to a digital signal, and this digital signal is passed through the Hilbert pair generator 11 converted into a complex analytic signal to obtain a momentary phase of the analytic signal. A linear component is removed from the current phase to obtain a phase noise waveform Δφ (t). Then, a peak-to-peak jitter of the clock signal X c (t) can be detected by detecting a peak-to-peak value of Δφ (t). and then by multiplying, using the multiplier 47 , the peak-to-peak value of Δφ (t) can be obtained with N. In addition, an RMS jitter of the clock signal X c (t) can be calculated by calculating an RMS value of Δφ (t) and multiplying the RMS value of Δφ (t) by N by the multiplier 48 to be obtained.

In diesem Fall kann eine skalierbare Messung durchgeführt werden durch Auswählen der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers 41 entsprechend der Frequenz des Taktsignals X (t), so daß der Analog-Digital-Wandler ADC betreibbar ist.In this case, a scalable measurement can be performed by selecting the number of frequency divisions N of the frequency divider 41 corresponding to the frequency of the clock signal X (t), so that the analog-to-digital converter ADC is operable.

Außerdem wird in der in 40a dargestellten Ausgestaltung ein Taktsignal von der in Prüfung befindlichen PLL-Schaltung 17, wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt, durch den Frequenzteiler 41 auf 1/N-Frequenz heruntergeteilt. Das analytische Signal kann erhalten werden durch Multiplizieren der frequenzgeteilten Ausgabe mit einem Sinuswellensignal im Mischer und durch Multiplizieren der frequenzgeteilten Ausgabe mit einem Cosinuswellensignal im Mischer. Ähnlich wird bei der in 40b gezeigten Ausgestaltung ein Taktsignal von der in Prüfung befindlichen PLL-Schaltung 17 durch den Frequenzteiler 41 auf 1/N-Frequenz heruntergeteilt. Das analytische Signal kann auch erhalten werden durch Multiplizieren der frequenzgeteilten Ausgabe mit einem Cosinuswellensignal im Mischer und Zuführen der Mischerausgabe zum Tiefpaßfilter.In addition, in the in 40a illustrated embodiment, a clock signal from the PLL circuit under test 17 as shown by a dashed line through the frequency divider 41 divided down to 1 / N frequency. The analytical signal can be obtained by multiplying the frequency-divided output by a sine wave signal in the mixer and multiplying the frequency-divided output by a cosine wave signal in the mixer. Similarly, in the case of 40b As shown embodiment, a clock signal from the PLL circuit under test 17 through the frequency divider 41 divided down to 1 / N frequency. The analytical signal can also be obtained by multiplying the frequency-divided output by a cosine wave signal in the mixer and supplying the mixer output to the low-pass filter.

Als nächstes wird in der vorliegenden Erfindung eine Ausgestaltung erläutert, bei der der AD-Wandler durch einen Komparator ersetzt ist. Wie z. B. mit gestrichelten Linien in 32 und 68 dargestellt, wird anstelle des Analog-Digital-Wandlers ADC ein Komparator 51 benutzt. Impulse mit einer konstanten Periode werden an den Komparator 51 angelegt, und eine eingegebene Taktwellenform Xc(t) wird z. B. an einer steigenden Flanke des Pulses mit einer analogen Referenzgröße VR verglichen. Wenn der Pegel der Taktwellenform Xc(t) z. B. größer als der der analogen Referenzgröße VR ist, wird ein vorgegebener hoher Pegel ausgegeben, und wenn der Pegel der Taktwellenform Xc(t) kleiner als der der analogen Referenzgröße VR ist, wird ein vorgegebener niedriger Pegel ausgegeben.Next, in the present invention, a configuration in which the AD converter is replaced by a comparator will be explained. Such as B. with dashed lines in 32 and 68 is shown, instead of the analog-to-digital converter ADC, a comparator 51 used. Pulses with a constant period are sent to the comparator 51 applied, and an input clock waveform X c (t) is z. B. compared to a rising edge of the pulse with an analog reference variable V R. When the level of the clock waveform X c (t) z. B. is greater than that of the analog reference variable V R , a predetermined high level is output, and when the level of the clock waveform X c (t) is smaller than that of the analog reference variable V R , a predetermined low level is output.

Ferner gibt es den Fall, daß eine eingegebene Taktwellenform Xc(t) verzerrt ist und die Amplitude einer harmonischen Komponenten der Taktwellenform Xc(t) größer als die einer Grundwellenkomponente ist. Unter einem solchen Gesichtspunkt ist es besser, daß ein Tiefpaßfilter (oder ein Bandpaßfilter) zum Extrahieren einer Grundwellenkomponente der Taktwellenform Xc(i) an der Eingabeseite des Komparators 51 vorgesehen ist. Ein Ausgabesignal des Komparators 51 wird in das Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals eingegeben und wird ähnlich dem Ausgabesignal des Analog-Digital-Wandlers ADC verarbeitet, um einen Jitter der eingegebenen Taktwellenform Xc(t) zu erhalten.Further, there is the case that an input clock waveform X c (t) is distorted and the amplitude of a harmonic component of the clock waveform X c (t) is larger than that of a fundamental component. From such a viewpoint, it is better that a low-pass filter (or a band-pass filter) is used for extracting a fundamental component of the clock waveform X c (i) at the input side of the comparator 51 is provided. An output signal from the comparator 51 will be in the middle 11 is input to transform the analytic signal, and is processed similarly to the output signal of the ADC ADC to obtain a jitter of the input clock waveform X c (t).

Jitter einer Ausgabe des VCO (spannungsgesteuerter Oszillator), die einer Sinuswelle ähnlich ist, werden in dem Fall erhalten, daß der Analog-Digital-Wandler ADC in der in 32 gezeigten Meßvorrichtung benutzt wird, sowie in dem Fall, daß der Komparator der in 32 gezeigten Meßvorrichtung benutzt wird. Das Meßergebnis des Peak-to-Peak-Jitters ist in 77 gezeigt, und das Meßergebnis des RMS-Jitters ist in 78 gezeigt. In diesen Figuren zeigt ein schwarzer Kreis den Fall des Analog-Digital-Wandlers ADC an, ein weißer Kreis zeigt den Fall des Komparators 51 und eine seitliche Achse bezeichbet die Bitanzahl des Analog-Digital-Wandlers ADC.Jitter of an output of the VCO (voltage controlled oscillator), which is similar to a sine wave, is obtained in the case where the analog-to-digital converter ADC in the in 32 shown measuring device used, as well as in the case that the comparator of in 32 shown measuring device is used. The measurement result of the peak-to-peak jitter is in 77 is shown, and the measurement result of the RMS jitter is in 78 shown. In these figures, a black circle indicates the case of the analog-to-digital converter ADC, a white circle shows the case of the comparator 51 and a lateral axis denotes the bit number of the analog-to-digital converter ADC.

In 77, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wurde, betrug ein Peak-to-Peak-Jitter im Fall des Zwei-Bit-ADC 0,9454, und ein Peak-to-Peak-Jitter im Falle eines Acht-Bit-ADC betrug 0,9459. Im Fall des Komparators 51 betrug ein Peak-to-Peak-Jitter 0,9532. Selbst wenn der Komparator 51 verwendet wird, stimmt das Meßergebnis mit einer Genauigkeit von zwei Stellen mit dem des Falles überein, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird. Als Ergebnis versteht sich, daß die Jittermessung mit diesem Genauigkeitsniveau auch unter Verwendung des Komparators 51 möglich ist. Wie man anhand von 78 versteht, kann auch wenn der Komparator 51 benutzt wird, ein RMS-Jitter erhalten werden, der mit einer Genauigkeit von zwei Stellen mit dem des Falles übereinstimmt, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird.In 77 In the case of the two-bit ADC, where the analog-to-digital converter ADC was used, peak-to-peak jitter was 0.9454, and peak-to-peak jitter was for an eight-bit ADC was 0.9459. In the case of the comparator 51 For example, a peak-to-peak jitter was 0.9532. Even if the comparator 51 is used, the measurement result agrees with an accuracy of two digits with that of the case where the analog-to-digital converter ADC is used. As a result, it is understood that the jitter measurement with this level of accuracy is also made using the comparator 51 is possible. How to get by 78 understands, even if the comparator 51 is used, an RMS jitter is obtained, which coincides with an accuracy of two digits with that of the case where the analog-to-digital converter ADC is used.

79 und 80 zeigen jeweils ein Meßergebnis eines Peak-to-Peak-Jitters und ein Meßergebnis eines ähnlich gemessenen RMS-Jitters, wenn das Ausgabesignal der PLL-Schaltung 17, das einer Rechteckwellenform nahe ist, als analoge Taktwellenform Xc(t) benutzt wird und dieses Signal vom Frequenzteiler 41 heruntergeteilt wird. Ein Peak-to-Peak-Jitter beträgt 0,3429 in dem Fall, wo der Komparator 51 verwendet wird. Ein Peak-to-Peak-Jitter in dem Fall, wo der Analog-Digital-Wandler ADC verwendet wird und der ADC eine Zwei-Bit-Ausgabe hat, beträgt 0,342. Wenn der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird und der ADC eine Acht-Bit-Ausgabe hat, beträgt der Peak-to-Peak-Jitter 0,3474. Daraus kann man folgern, daß auch wenn der Komparator 51 benutzt wird, ein Peak-to-Peak-Jitter mit der Genauigkeit von zwei Stellen gemessen werden kann. In ähnlicher Weise beträgt ein RMS-Jitter 0,0500 in dem Fall, wo der Komparator 51 benutzt wird. Der RMS-Jitter beträgt 0,0505 in dem Fall, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird und der ADC eine Zwei-Bit-Ausgabe hat. Des weiteren beträgt der RMS-Jitter 0,0510 in dem Fall, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird und der ADC eine Acht-Bit-Ausgabe hat. Daran ist zu sehen, daß selbst wenn der Komparator 51 benutzt wird, ein RMS-Jitter mit einer Genauigkeit von zwei Stellen gemessen werden kann. 79 and 80 each show a measurement result of a peak-to-peak jitter and a measurement result of a similarly measured RMS jitter when the output signal of the PLL circuit 17 which is close to a square waveform, is used as an analog clock waveform X c (t) and this signal from the frequency divider 41 is divided down. A peak-to-peak jitter is 0.3429 in the case where the comparator 51 is used. A peak-to-peak jitter in the case where the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has a two-bit output is 0.342. When the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has an eight-bit output, the peak-to-peak jitter is 0.3474. From this one can conclude that even if the comparator 51 is used, a peak-to-peak jitter can be measured with the accuracy of two digits. Similarly, an RMS jitter is .500 in the case where the comparator 51 is used. Of the RMS jitter is 0.0505 in the case where the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has a two-bit output. Further, the RMS jitter is 0.0510 in the case where the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has an eight-bit output. It can be seen that even if the comparator 51 is used, an RMS jitter can be measured with an accuracy of two digits.

Wenn der Komparator 51 benutzt wird, kann eine analoge Taktwellenform Xc(t) auch durch den Frequenzteiler 41 heruntergeteilt werden, um dem Komparator 51 zugeführt zu werden. Wie durch gestrichelte Linien in 40(a) dargestellt, kann ein Komparator 51c nach dem Multiplizieren einer Taktwellenform Xc(t) mit einer Cosinuswelle im Mischer und anschließendem Durchführen durch ein Tiefpaßfilter anstelle des Wandlers ADC benutzt werden, um die Tiefpaßfilterausgabe dieses Signals in ein digitales Signal umzuwandeln, und ein Komparator 51s kann nach dem Multiplizieren einer Taktwellenform Xc(i) mit einer Sinuswelle im Mischer und Durchführen durch ein Tiefpaßfilter anstelle des Wandlers ADC benutzt werden, um die Tiefpaßfilterausgabe dieses Signals in ein digitales Signal umzuwandeln. Dieser Verarbeitungsfall kann auf beide Fälle angewendet werden, sowohl wo der Frequenzteiler 41 benutzt wird als auch wo der Frequenzteiler nicht benutzt wird. Wie in 40(b) mit gestrichelten Linien dargestellt ist, kann ein Komparator 51 anstelle des Wandlers ADC zum Umwandeln einer frequenzkonvertierten Ausgabe einer Taktwellenform Xc(t), die durch einen Mischer und ein Tiefpaßfilter in ein Niederfrequenz-Bandsignal umgewandelt wird, in ein digitales Signal benutzt werden. Dieser Verarbeitungsfall kann auf beide Fälle angewendet werden, sowohl wo der Frequenzteiler 41 benutzt wird, als auch wo der Frequenzteiler 41 nicht benutzt wird. Um ein Eingabesignal der in 67 und 69 gezeigten Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals zu erzeugen, kann, wie durch gestrichelte Linien in diesen Figuren dargestellt, ein Komparator 51 anstelle des Analog-Digital-Wandlers ADC benutzt werden, um eine Ausgabe des Komparators 51 an die Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals zu liefern. In diesen Fällen kann die Taktwellenform Xc(t) auch durch den Frequenzteiler 41 für die Zuführung zum Komparator 51 frequenzgeteilt werden.If the comparator 51 is used, an analog clock waveform X c (t) can also be used by the frequency divider 41 be divided down to the comparator 51 to be fed. As indicated by dashed lines in 40 (a) shown, can be a comparator 51c after multiplying a clock waveform X c (t) by a cosine wave in the mixer and then passing it through a low-pass filter instead of the converter ADC to convert the low-pass filter output of that signal to a digital signal, and a comparator 51s may be used after multiplying a clock waveform X c (i) by a sine wave in the mixer and passing it through a low pass filter instead of the converter ADC to convert the low pass filter output of that signal into a digital signal. This processing case can be applied to both cases, both where the frequency divider 41 is used as well as where the frequency divider is not used. As in 40 (b) shown with dashed lines, can be a comparator 51 instead of the converter ADC for converting a frequency-converted output of a clock waveform X c (t), which is converted by a mixer and a low-pass filter into a low-frequency band signal, into a digital signal. This processing case can be applied to both cases, both where the frequency divider 41 is used, as well as where the frequency divider 41 not used. To get an input signal of in 67 and 69 shown means 11 For generating the analytic signal, as shown by dashed lines in these figures, a comparator 51 instead of the analog-to-digital converter ADC, an output of the comparator 51 to the means 11 to provide for the transformation of the analytical signal. In these cases, the clock waveform X c (t) can also by the frequency divider 41 for the supply to the comparator 51 be frequency divided.

Wie oben beschrieben, umfaßt das Verfahren zum Messen eines Jitters eines Taktes gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Signalverarbeitungsschritte: Umformen einer Taktwellenform Xc(t) in ein komplexes analytisches Signal unter Verwendung der analytischen Umformungsmittel 11 und Abschätzen eines variablen Terms Δφ(t) einer momentanen Phase. Dieses Verfahren hat folgende Merkmale.

  • (i) Das Δφ(t)-Verfahren erfordert kein Trigger-Signal.
  • (ii) Ein Peak-to-Peak-Jitter und ein RMS-Jitter können gleichzeitig aus dem Δφ(t) abgeschätzt werden.
  • (iii) Ein mit dem Δφ(t)-Verfahren abgeschätzter Peak-to-Peak-Jitterwert ist mit einem Schätzwert des herkömmlichen Nulldurchgangsverfahrens kompatibel.
  • (iv) Ein mit dem Δφ(t)-Verfahren abgeschätzter RMS-Jitterwert ist mit einem mit dem herkömmlichen Nulldurchgangsverfahren abgeschätzten Wert kompatibel.
  • (v) Bei der Messung eines Jitters mit einem herkömmlichen Spektrumanalysator ist es notwendig, Frequenzen abzufahren und die Frequenzen langsam abzufahren, um die Auflösung zu erhöhen. Deshalb erfordert die Messung ca. 5 bis 10 Minuten. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch selbst dann, wenn die Messung 1000 Perioden bei einer Frequenz von beispielsweise 10 MHz des Taktsignals Xc(t) erfordert, die Meßzeitperiode nicht länger als 100 ms, und die Messung kann innerhalb der für eine VLSI-Prüfung vorgesehenen Zeit vollendet werden. (vi) Wenn die Frequenz des Taktsignals Xc(t) hoch ist, kann ein Jitter durch Frequenzteilen des Taktsignals Xc(t) durch N und durch Zuführen des frequenzgeteilten Taktsignals zu einem Δφ-Bewerter gemessen werden. Insbesondere wenn die Frequenz des Taktsignals Xc(t) von Fall zu Fall unterschiedlich ist, kann durch Ändern der Zahl von Frequenzteilungen eine skalierbare Messung durchgeführt werden.
  • (vii) Bei dem in 70 gezeigten Beispiel werden Anstieg und Abfall des frequenzgeteilten Signals Q nur durch die steigende Flanke des Taktsignals T bestimmt. Deshalb kann im Falle der Verwendung des Frequenzteilers 41 ein Jitter nur der steigenden Flanke oder der fallenden Flanke des Taktsignals Xc(t) gemessen werden, indem die Zahl der Frequenzteilungen zu 2 W definiert wird (W ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1).
  • (viii) Wenn der Komparator 51 verwendet wird, kann, da ein Hochgeschwindigkeitskomparator leichter zu realisieren ist als ein Hochgeschwindigkeitskomparator ADC und außerdem ein Hochgeschwindigkeitskomparator in einer generischen automatischen Prüfeinrichtung (ATE) vorhanden ist, auch bei einem Hochgeschwindigkeitstaktsignal Xc(t) das Taktsignal Xc(t) dem in der ATE vorhandenen Komparator zugeführt werden, und die Ausgabe des Komparators kann dem Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals zugeführt werden.
As described above, the method of measuring a jitter of a clock according to the present invention includes the following signal processing steps: transforming a clock waveform X c (t) into a complex analytic signal using the analytical reforming means 11 and estimating a variable term Δφ (t) of a current phase. This method has the following features.
  • (i) The Δφ (t) method does not require a trigger signal.
  • (ii) A peak-to-peak jitter and an RMS jitter can be estimated simultaneously from the Δφ (t).
  • (iii) A peak-to-peak jitter value estimated by the Δφ (t) method is compatible with an estimate of the conventional zero-crossing method.
  • (iv) An RMS jitter value estimated by the Δφ (t) method is compatible with a value estimated by the conventional zero-crossing method.
  • (v) When measuring a jitter with a conventional spectrum analyzer, it is necessary to ramp down frequencies and slow down the frequencies to increase the resolution. Therefore, the measurement requires about 5 to 10 minutes. However, according to the present invention, even if the measurement requires 1000 periods at a frequency of, for example, 10 MHz of the clock signal X c (t), the measurement time period is not longer than 100 ms, and the measurement can be within the range provided for a VLSI test Time to be completed. (vi) When the frequency of the clock signal X c (t) is high, jitter can be measured by frequency-dividing the clock signal X c (t) by N and supplying the frequency-divided clock signal to a Δφ evaluator. In particular, if the frequency of the clock signal X c (t) differs from case to case, a scalable measurement can be performed by changing the number of frequency divisions.
  • (vii) In the case of 70 In the example shown, the rise and fall of the frequency-divided signal Q are determined only by the rising edge of the clock signal T. Therefore, in the case of using the frequency divider 41 a jitter of only the rising edge or the falling edge of the clock signal X c (t) can be measured by defining the number of frequency divisions at 2 W (W is an integer equal to or greater than 1).
  • (viii) If the comparator 51 is used, since a high-speed comparator is easier to realize as a high speed comparator ADC and also a high speed comparator in a generic automatic test equipment (ATE) even with a high speed clock signal X c (t) is present, the clock signal X c (t) which in the ATE existing comparator can be fed, and the output of the comparator can be the means 11 be fed to the transformation of the analytical signal.

Wie zuvor mit Bezug auf 81a erläutert, ist das herkömmliche Nulldurchgangsverfahren oder das herkömmliche Zeitintervallverfahren ein Verfahren, bei dem eine relative Fluktuation zwischen Nulldurchgängen erfaßt wird. Ein Peak-to-Peak-Jitter JPP, der mit einem nach dem herkömmlichen Nulldurchgangsverfahren erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter JPP kompatibel ist, kann mit dem Δφ(t)-Verfahren erhalten werden. Wie in 82 gezeigt, wird beispielsweise eine durch das Phasenrausch-Erfassungsmittel 61, das das Mittel 11 zum Umformen des analytischen Signals, den Momentanphasen-Abschätzer 12 und den Linearphasen-Erstferner 13 umfaßt, erfaßte Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) in einen Nulldurchgangsabtaster 62 eingegeben, wodurch die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) an einem einem Nulldurchgangspunkt des Realteils Xc(t) des analytischen Signals Zc(t) nächstgelegenen Zeitpunkt abgetastet wird. Das heißt, eine Wellenform des Realteils Xc(t) des analytischen Signals ist in 83a gezeigt, und Abtastpunkte (arithmetische Verarbeitungszeitpunkte), die einem Nulldurchgangspunkt der steigenden (oder fallenden) Wellenform am nächsten liegen, werden von einem Nulldurchgangspunkt-Erfassungsteil 63 erfaßt. 83a zeigt durch Kreismarkierungen die Punkte, die einem erfaßten Nulldurchgangspunkt am nächsten liegen. Diese Punkte werden angenäherte Nulldurchgangspunkte genannt. Eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) an jedem der angenäherten Nulldurchgangspunkte werden, wie durch Kreismarkierungen in 83b gezeigt, vom Nulldurchgangsabtaster 62 aufgenommen. Jeder der aufgenommenen Werte ist ein Betrag einer Abweichung von einem idealen Zeitpunkt (Nulldurchgangspunkt) des Realteils Xc(t) des jitterfreien analytischen Signals. Durch Bestimmen einer Differenz zwischen jedem Abtastwert und einem unmittelbar zuvor abgetasteten Wert von Δφ(t) kann eine Fluktuation zwischen Nulldurchgängen, d. h. ein Peak-to-Peak-Jitter JPP, erhalten werden. Ein JPP = Δφn+1 – Δφn kann aus dem n-ten Abtastwert Δφn und dem n + 1-ten Abtastwert Δφn+1 des in 83b gezeigten Δφ(t) erhalten werden.As before with reference to 81a For example, the conventional zero-crossing method or the conventional time-interval method is a method in which a relative fluctuation between zero-crossings is detected. A peak-to-peak Jitter J PP , using a conventional zero-crossing method obtained peak-to-peak jitter J PP is compatible, can be obtained with the Δφ (t) method. As in 82 For example, one shown by the phase noise detection means 61 that means 11 for transforming the analytic signal, the instantaneous phase estimator 12 and the linear phase first remover 13 comprises detected phase noise waveform Δφ (t) in a zero-crossing sampler 62 whereby the phase noise waveform Δφ (t) is sampled at a nearest instant at a zero crossing point of the real part X c (t) of the analytic signal Z c (t). That is, a waveform of the real part X c (t) of the analytic signal is in 83a and sampling points (arithmetic processing timings) closest to a zero crossing point of the rising (or falling) waveform are detected by a zero crossing point detection part 63 detected. 83a Circle marks indicate the points closest to a detected zero crossing point. These points are called approximate zero crossing points. A phase noise waveform Δφ (t) at each of the approximated zero crossing points becomes as indicated by circle marks in 83b shown by the zero crossing scanner 62 added. Each of the recorded values is an amount of deviation from an ideal point (zero crossing point) of the real part X c (t) of the jitter-free analytic signal. By determining a difference between each sample and a value of Δφ (t) sampled immediately before, a fluctuation between zero crossings, ie a peak-to-peak jitter J PP , can be obtained. A J PP = Δφ n + 1 -Δφ n can be calculated from the n-th sample Δφ n and the n + 1-th sample Δφ n + 1 of the in 83b shown Δφ (t) can be obtained.

Wie in 82 gezeigt, kann eine Differenz zwischen einem Abtastwert und einem unmittelbar zuvor durch den Nulldurchgangsabtaster 62 abgetasteten Wert durch eine Differenzschaltung 64 sequentiell erhalten werden, um einen Peak-to-Peak-Jitter JPP zu bestimmen. Bezogen auf die erhaltene Folge von Peak-to-Peak-Jittern JPP wird eine Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert durch den Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßt, und ein RMS-Wert wird durch den RMS-Detektor 15 berechnet. Eine differentielle Wellenform der abgetasteten Phasenrausch-Wellenform vom Nulldurchgangsabtaster 64 wird von der differentiellen Schaltung 64 berechnet, und die differentielle Phasenrausch-Wellenform wird den Detektoren 14 und 15 zugeführt.As in 82 can show a difference between a sample and one immediately before through the zero-crossing sampler 62 sampled value through a differential circuit 64 are obtained sequentially to determine a peak-to-peak jitter J PP . Based on the obtained sequence of peak-to-peak jitter J PP , a difference between the maximum value and the minimum value is detected by the peak-to-peak detector 14 and an RMS value is detected by the RMS detector 15 calculated. A differential waveform of the sampled phase noise waveform from the zero crossing sampler 64 is from the differential circuit 64 calculated, and the differential phase noise waveform is the detectors 14 and 15 fed.

Ein Verfahren zum Erfassen eines angenäherten Nulldurchgangspunktes im Nulldurchgangspunkt-Erfassungsteil 63 wird beschrieben. Unter der Annahme, daß der Maximalwert einer Wellenform eines eingegebenen Realteils Xc(t) einem 100%-Pegel entspricht und der Minimalwert einem 0%-Pegel entspricht, wird ein 50%-Pegel V(50%) einer Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert als Nulldurchgangspegel berechnet. Eine Differenz zwischen einem Abtastwert und dem 50%-Pegel V(50%) und eine Differenz zwischen seinem benachbarten Abtastwert und dem 50%-Pegel V(50%), d. h. (Xc(j – 1) – V(50%)) und (Xc(j) – V(50%)), werden berechnet, und außerdem wird ein Produkt dieser Werte (Xc(j – 1) – V(50%)) × (Xc(j) – V(50%)) berechnet. Wenn Xc(t) den 50%-Pegel, d. h. den Nullpegel kreuzt, ändert sich der Abtastwert Xc(j – 1) oder Xc(j) von einem negativen Wert auf einen positiven Wert oder von einem positiven Wert auf einen negativen Wert. Wenn also das Produkt negativ ist, wird erfaßt, daß Xc(t) den Nullpegel gekreuzt hat, und ein Zeitpunkt j–1 oder j, an dem an kleinerer Absolutwert des Abtastwertes Xc(j–1) oder Xc(i) erfaßt wird, wird als angenäherter Nulldurchgangspunkt erhalten.A method of detecting an approximate zero-crossing point in the zero-cross point detection part 63 is described. Assuming that the maximum value of a waveform of an input real part X c (t) corresponds to a 100% level and the minimum value corresponds to a 0% level, a 50% level becomes V (50%) of a difference between the maximum value and the minimum value calculated as zero crossing level. A difference between a sample and the 50% level V (50%) and a difference between its adjacent sample and the 50% level V (50%), ie (X c (j-1) -V (50%) ) and (X c (j) -V (50%)) are calculated, and further, a product of these values (X c (j-1) -V (50%)) x (X c (j) -V (50%)). When X c (t) crosses the 50% level, ie the zero level, the sample X c (j-1) or X c (j) changes from a negative value to a positive value or from a positive value to a negative one Value. Thus, if the product is negative, it is detected that X c (t) has crossed the zero level and a time j-1 or j at which the smaller absolute value of the sample X c (j-1) or X c (i) is detected is obtained as the approximate zero crossing point.

Ein Jitter wurde mit dem in 84 gezeigten herkömmlichen Zeitintervallanalysator gemessen, und entsprechend wurde ein Jitter, wie in 85 gezeigt, mit der in 82 gezeigten Vorrichtung gemessen. In 84 wurde ein Sinuswellensignal von einer Signalquelle 65 frequenzgeteilt und durch einen Frequenzteiler 66 in ein Taktsignal mit einer Frequenz von 1/20 des Sinuswellensignals umgewandelt. Dieses Taktsignal wurde mit einem externen Sinuswellensignal durch einen Jittergenerator 44 phasenmoduliert, so daß ein Jitter zum Taktsignal hinzugefügt wurde. Der Jitter des Taktsignals mit hinzugefügtem Jitter wurde durch den Zeitintervallanalysator 67 gemessen. In 85 wurde ein Taktsignal mit hinzugefügtem Jitter entsprechend dem in 84 gezeigten Prozeß erzeugt. Dieses Taktsignal wurde von einem AD-Wandler 68 in ein digitales Signal umgewandelt, und der Jitter wurde von einer in 82 gezeigten Jittermeßvorrichtung 69 gemessen. Die experimentellen Bedingungen dieser Messung waren die gleichen wie bei dem in 84 gezeigten Meßprozeß.A jitter was with the in 84 The conventional time-interval analyzer shown in FIG. 1 was measured, and accordingly, a jitter as shown in FIG 85 shown with the in 82 Measured device measured. In 84 became a sine wave signal from a signal source 65 frequency divided and by a frequency divider 66 converted into a clock signal with a frequency of 1/20 of the sine wave signal. This clock signal was sent with an external sine wave signal through a jitter generator 44 phase modulated so that a jitter was added to the clock signal. The jitter of the added jitter clock signal was through the time interval analyzer 67 measured. In 85 was a clock signal with added jitter according to the in 84 produced process shown. This clock signal was from an AD converter 68 converted into a digital signal, and the jitter was from an in 82 shown Jittermeßvorrichtung 69 measured. The experimental conditions of this measurement were the same as those in 84 shown measuring process.

Die experimentellen Ergebnisse sind in 86 und 87 gezeigt. In diesen Figuren stellt eine seitliche Achse Phasenmodulationsindizes JO im Jittergenerator 44 dar. 86 zeigt gemessene Peak-to-Peak-Werte (Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert). In 86 bezeichnet ein Rautenzeichen ein vom Zeitintervallanalysator 67 gemessenen Wert, ein Kreiszeichen bezeichnet einen von der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren gemessenen Wert. Man erkennt, daß der von der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren gemessene Wert nahezu gleich dem vom Zeitintervallanalysator 67 gemessenen Wert ist. 87 zeigt RMS-Werte von gemessenen Jittern. In 87 bezeichnet ein Rautenzeichen einen vom Zeitintervallanalysator 67 gemessenen Wert, und ein Kreiszeichen bezeichnet einen von der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren gemessenen Wert. In diesem Fall kann man sagen, daß der von der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren gemessene Wert ziemlich gleich dem Meßwert des Zeitintervallanalysators 67 ist. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann also den gleichen Wert liefern, der auch durch das herkömmliche Verfahren (Nulldurchgangsverfahren) erhalten wird, und somit kann die gleiche Bewertung wie mit den nach dem herkömmlichen Verfahren gemessenen Werten erfolgen. Mit andern Worten kann das erfindungsgemäße Verfahren Meßwerte liefern, die mit den nach dem herkömmlichen Verfahren erhaltenen kompatibel sind.The experimental results are in 86 and 87 shown. In these figures, a lateral axis phase modulation indices J O jitter in 44 represents. 86 shows measured peak-to-peak values (difference between maximum value and minimum value). In 86 denotes a diamond sign on from the time interval analyzer 67 measured value, a circle character indicates one of the device 69 value measured for measuring a jitter according to the Δφ method. It can be seen that the of the device 69 value measured to measure a jitter by the Δφ method is almost equal to that of the time interval analyzer 67 measured value. 87 shows RMS values of measured jitter. In 87 a diamond sign denotes one from the time interval analyzer 67 measured value, and a circle character indicates one of the device 69 value measured for measuring a jitter according to the Δφ method. In this case one can say that the one of the device 69 value measured to measure a jitter by the Δφ method is quite similar to the measured value of the time interval analyzer 67 is. Thus, the device according to the present invention can provide the same value as obtained by the conventional method (zero-crossing method), and thus the same evaluation can be made as with the values measured by the conventional method. In other words, the method of the present invention can provide measurement values compatible with those obtained by the conventional method.

Außerdem betrug die Zahl der Nulldurchgangs-Abtastwerte, die nötig waren, um ein solches Ergebnis zu erhalten, 5000 für den Fall des Peak-to-Peak-Jitters sowie des RMS-Jitters bei der Messung mit dem Zeitintervallanalysator 67, wohingegen die Zahl der Nulldurchgangs-Abtastwerte bei der vorliegenden Erfindung 3179 für den Fall des Peak-to-Peak-Jitters und den des RMS-Jitters bei der Messung mit der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ- Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrug. Die Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem erfindungsgemäßen Δφ-Verfahren erfordert eine kleinere Zahl von Abtastwerten als der Zeitintervallanalysator, so daß die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 69 auf diesem Niveau schnell eine Messung durchführen kann.In addition, the number of zero-crossing samples needed to obtain such a result was 5000 for the case of peak-to-peak jitter and RMS jitter in the time interval analyzer measurement 67 whereas, the number of zero-crossing samples in the present invention is 3179 for the case of peak-to-peak jitter and that of the RMS jitter for measurement with the device 69 for measuring a jitter according to the Δφ method according to the present invention. The device 69 for measuring a jitter according to the Δφ method according to the invention requires a smaller number of samples than the time interval analyzer, so that the measuring device according to the invention 69 can quickly take a measurement at this level.

Wie oben mit Bezug auf 83b erläutert, ist jeder der an angenäherten Nulldurchgangspunkten einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) aufgenommene Abtastwert ein Betrag einer Abweichung von einem Idealzeitpunkt. Diese Abtastwerte sind also gleich dem mit dem herkömmlichen Phasenerfassungsverfahren gemessenen RMS-Jitter JRMS, weswegen die Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren auch mit dem herkömmlichen Phasenerfassungs-Verfahren kompatibel ist. Unter diesem Gesichtspunkt wird, wie in 88 gezeigt, ein Abtastwert, der einem Nulldurchgangspunkt entspricht, vom Nulldurchgangsabtaster 63 aus einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) aufgenommen, die von dem Phasenrausch-Erfassungsmittel 61 zugeführt wird, um den Abtastwert den Detektoren 14 und 15 als eine Abtast-Phasenrausch-Wellenform zuzuführen. Wie oben mit Bezug auf die in 32 gezeigte Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gezeigt, kann ein RMS-Jitter JRMS mit dem Nulldurchgangsabtaster 62 gemessen werden. Deshalb kann, wie in 88 gezeigt, die Vorrichtung zum Messen eines Jitters so aufgebaut sein, daß die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) durch einen Schalter 71 umgeschaltet werden kann und die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) den Detektoren 14 und 15 über den Nulldurchgangsabtaster 62 oder direkt zugeführt werden kann. Ferner zeigen 89 und 90 vom Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßte Werte bzw. vom RMS-Detektor 15 berechnete Ergebnisse, wenn jede der Jittermessungen durchgeführt wird, unter gleichen Bedingungen, in dem Fall, daß der Nulldurchgangsabtaster 62 benutzt wird, und in dem Fall, daß der Nulldurchgangsabtaster 62 nicht benutzt wird. In diesen Figuren stellt die seitliche Achse Phasenmodulationsindizes JO im Jittergenerator 44 dar. Ein Zeichen bezeichnet einen mit dem Nulldurchgangsabtaster 62 gemessenen Wert und ein Zeichen V bezeichnet einen ohne Benutzung des Nulldurchgangsabtasters 62 gemessenen Wert. 89 zeigt die mit dem Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßten Werte und 90 zeigt die mit dem RMS-Detektor 15 berechneten Werte. Es versteht sich, daß ähnliche Ergebnisse unter Verwendung des Nulldurchgangsabtasters 62 oder ohne Verwendung des Nulldurchgangsabtasters 62 erhalten werden können.As above with respect to 83b For example, each sample taken at approximate zero crossing points of a phase noise waveform Δφ (t) is an amount of deviation from an ideal timing. Thus, these samples are equal to the RMS jitter J RMS measured by the conventional phase detection method, and therefore, the jitter measuring apparatus according to the Δφ method is also compatible with the conventional phase detection method. From this point of view, as in 88 shown, a sample corresponding to a zero crossing point, from the zero crossing scanner 63 from a phase noise waveform Δφ (t) taken from the phase noise detection means 61 is supplied to the sample the detectors 14 and 15 as a sample phase noise waveform. As above with respect to in 32 A jitter measuring device according to the Δφ (t) method shown may include an RMS jitter J RMS with the zero-crossing sampler 62 be measured. Therefore, as in 88 3, the jitter measuring device may be constructed so that the phase noise waveform Δφ (t) is switched by a switch 71 can be switched and the phase noise waveform Δφ (t) the detectors 14 and 15 over the zero crossing scanner 62 or can be fed directly. Further show 89 and 90 from the peak-to-peak detector 14 detected values or from the RMS detector 15 calculated results when each of the jitter measurements is performed, under the same conditions, in the case that the zero-crossing scanner 62 is used, and in the case that the zero-crossing scanner 62 not used. In these figures, the lateral axis phase modulation indices J O jitter in 44 A character denotes one with the zero crossing scanner 62 measured value and a symbol V denotes one without using the zero-crossing scanner 62 measured value. 89 shows that with the peak-to-peak detector 14 recorded values and 90 shows the with the RMS detector 15 calculated values. It will be understood that similar results are obtained using the zero-crossing scanner 62 or without using the zero crossing scanner 62 can be obtained.

Als nächstes wird eine Vorrichtungskonfiguration zum Messen eines Zyklus-zu-Zyklus-Jitters JCC mit dem Δφ(t)-Verfahren mit Bezug auf 91 beschrieben. Ein Zyklus-zu-Zyklus-Jitter ist eine Jitterfluktuation zwischen benachbarten Taktzyklen, d. h. eine Fluktuation der N-ten Zeitperiode gegen die (N – 1)te Zeitperiode. Deshalb kann ein Zyklus-zu-Zyklus-Jitter J erhalten werden, indem durch eine Differenzschaltung 72 ein Peak-to-Peak-Jitter JPP(N) der N-ten Zeitperiode, der anschließend an einen Peak-to-Peak-Jitter JPP(N-1) der (N – 1)ten Zeitperiode aus der differentiellen Schaltung 64 in 91 erhalten wird (relative Fluktuation zwischen Nulldurchgängen), von letzterem subtrahiert wird, um aufeinanderfolgend die subtrahierten Werte JPP(N)–JPP(N-1) zu erhalten. Das heißt, die Differenzschaltung 72 berechnet eine differentielle Wellenform für die Ausgaben der Differenzschaltung 64, um das berechnete Ergebnis den Detektoren 14 und 15 als eine zweite Differenz-Phasenrausch-Wellenform zuzuführen. Ein Beispiel des Meßergebnisses von JCC ist in 92 gezeigt. Die Differenzschaltung 72 kann an die Ausgabeseite der Differenzschaltung 64 der in 82 gezeigten Vorrichtung angeschlossen sein, so daß ein Zyklus-zu-Zyklus-Jitter gemessen werden kann.Next, a device configuration for measuring a cycle-to-cycle jitter J CC with the Δφ (t) method will be described with reference to FIG 91 described. A cycle-to-cycle jitter is a jitter fluctuation between adjacent clock cycles, that is, a fluctuation of the N-th time period against the (N-1) th time period. Therefore, a cycle-to-cycle jitter J can be obtained by passing through a differential circuit 72 a peak-to-peak jitter J PP (N) of the Nth time period subsequent to a peak-to-peak jitter J PP (N-1) of the (N-1) th time period from the differential circuit 64 in 91 is obtained (relative fluctuation between zero crossings) subtracted from the latter to sequentially obtain the subtracted values J PP (N) -J PP (N-1) . That is, the difference circuit 72 calculates a differential waveform for the outputs of the differential circuit 64 to get the calculated result to the detectors 14 and 15 as a second differential phase noise waveform. An example of the measurement result of J CC is in 92 shown. The difference circuit 72 can be connected to the output side of the differential circuit 64 the in 82 be shown connected, so that a cycle-to-cycle jitter can be measured.

Das herkömmliche Verfahren zum Messen eines Jitters basiert auf einer Histogramm-Messung, aber auch bei dem erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren kann ein Histogramm von gemessenen Jittern erzeugt werden. Ein Histogramm von mit dem herkömmlichen Zeitintervall-Analysator gemessenen Sinuswellenjittern ist in 93 gezeigt. Die seitliche Achse zeigt den Betrag J. 94 zeigt ein Ergebnis eines mit einem Histogrammgenerator 73 erhaltenen Jitter-Histogramm, wenn der gleiche Sinuswellenjitter mit der in 82 gezeigten Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gemessen wird. Man erkennt, daß jede der Figuren eine Histogrammgestalt von Sinuswellenjittern zeigt.The conventional method for measuring a jitter is based on a histogram measurement, but also in the Δφ (t) method according to the invention a histogram of measured jitters can be generated. A histogram of sine wave jitter measured with the conventional time interval analyzer is shown in FIG 93 shown. The lateral axis shows the amount J. 94 shows a result of one with a histogram generator 73 obtained jitter histogram when the same sine wave jitter with the in 82 The device for measuring a jitter is measured according to the Δφ (t) method. It can be seen that each of the figures shows a histogram shape of sine wave jitter.

Außerdem zeigt 95 ein Beispiel eines Histogramms, wenn ein Histogramm einer mit dem in 32 gezeigten Phasenrausch-Erfassungsmittel 61 erhaltenen Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) mit dem Histogrammgenerator 73 erzeugt wird. Des weiteren zeigt 96 ein Beispiel eines Histogramm, wenn Zyklus-zu-Zyklus-Jitter JCC mit der Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gemessen werden, und ein Histogramm des JCC mit dem Histogrammgenerator 73 erzeugt wird. Auf diese Weise können diverse Jitter mit der Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen werden, und Histogramme dieser Jitter können auch erzeugt werden. Mit der Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren kann eine Jitterbewertung basierend auf einem mit der herkömmlichen Vorrichtung zum Messen eines Jitters erhaltenen Jitterhistogramm in entsprechender Weise durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht nur brauchbar zum Messen eines Sinuswellenjitters, sondern auch für die Messung eines zufälligen Jitters. Dies wird überprüft durch die Darstellung eines Histogramms von gemessenen Jittern. 97 zeigt ein Ergebnis einer Histogramm-Messung, wenn ein Histogramm von zufälligen Jittern eines Taktsignals eines Mikrocomputers mit dem herkömmlichen Zeitintervallanalysator gemessen wird. 98 zeigt ein Ergebnis einer Histogramm-Messung, wenn zufällige Jitter des gleichen Taktsignals mit der in 82 gezeigten Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gemessen werden und ein Histogramm daraus erzeugt wird. Man erkennt, daß beide Figuren ein Histogramm von zufälligen Signalen zeigen.Also shows 95 an example of a histogram when a histogram is one with the in 32 shown phase noise detection means 61 obtained phase noise waveform Δφ (t) with the histogram generator 73 is produced. Further shows 96 an example of a histogram when measuring cycle-to-cycle jitter J CC with the apparatus for measuring a jitter according to the Δφ (t) method, and a histogram of the J CC with the histogram generator 73 is produced. In this way, various jitter can be measured with the jitter measuring apparatus according to the Δφ (t) method according to the present invention, and histograms of these jitter can also be generated. With the apparatus for measuring a jitter according to the Δφ (t) method, a jitter score based on a jitter histogram obtained by the conventional jitter measuring apparatus can be appropriately performed. The present invention is useful not only for measuring a sine wave jitter, but also for measuring a random jitter. This is checked by displaying a histogram of measured jitters. 97 Fig. 12 shows a result of histogram measurement when measuring a histogram of random jitter of a clock signal of a microcomputer with the conventional time interval analyzer. 98 shows a result of a histogram measurement when random jitter of the same clock signal with the in 82 jitter measuring device according to the Δφ (t) method are measured and a histogram is generated therefrom. It can be seen that both figures show a histogram of random signals.

Wenn eine Hüllkurve eines Eingabesignals verändert wird und das Eingabesignal amplitudenmoduliert (AM) ist, kann ein durch die Amplitudenmodulation erzeugtes Seitenband nicht von einem Seitenband unterschieden werden, das durch eine durch einen Jitter verursachte Phasenmodulation erzeugt ist, so daß es vorkommen kann, daß ein Meßergebnis eines Jitters größer wird als der tatsächliche Wert. Unter diesem Gesichtspunkt ist in 82 ein Fall gezeigt, wo an der Eingabeseite des Phasenrausch-Erfassungsmittels 61 ein Beschneider 74 eingefügt ist, um eine AM-(amplitudenmodulierte) Komponente zu entfernen, so daß eine PM-(phasenmodulierte) Komponente als Eingabe für das Phasenrausch-Erfassungsmittel 61 bestehen bleiben kann. Im Beschneider 74 wird im Falle sowohl eines analogen Signals als auch eines digitalen Signals ein Wert (Betrag) eines Eingabesignals auf einen um eine konstante Zahl vervielfachten Wert verstärkt. An dem verstärkten Eingabesignal wird ein Prozeß durchgeführt, bei dem ein Signalwert, der größer als ein vorgegebener erster Schwellwert Vt1 ist, durch den ersten Schwellwert Vth1 ersetzt wird, und ein Signalwert, der kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellwert Vth2 (< Vth1) ist, durch den zweiten Schwellwert Vth2 ersetzt wird. Auf diese Weise wird das Eingabesignal in ein Eingabesignal mit konstanter Amplitude umgewandelt, das eine Umhüllende ohne Fluktuation in einer zeitlichen Wellenform hat, so daß ein Jitter genau gemessen werden kann.When an envelope of an input signal is changed and the input signal is amplitude modulated (AM), a sideband produced by the amplitude modulation can not be discriminated from a sideband produced by a phase modulation caused by a jitter, so that a measurement result may occur of a jitter is greater than the actual value. From this point of view is in 82 a case is shown where on the input side of the phase noise detection means 61 a trimmer 74 is inserted to remove an AM (amplitude modulated) component such that a PM (phase modulated) component is input to the phase noise detection means 61 can persist. In the clipper 74 For example, in the case of both an analog signal and a digital signal, a value (magnitude) of an input signal is amplified to a value multiplied by a constant number. On the amplified input signal, a process is performed in which a signal value which is greater than a predetermined first threshold value V t 1 is replaced by the first threshold value V th 1, and a signal value which is smaller than a predetermined second threshold value V th 2 (<V th 1) is replaced by the second threshold V th 2. In this way, the input signal is converted into a constant amplitude input signal having a non-fluctuating envelope in a temporal waveform, so that jitter can be accurately measured.

Bei der in 82 gezeigten Ausgestaltung ist ein Fall gezeigt, wo in der Differenzschaltung 64 ein Intervall (Zeitintervall) Tin zwischen zwei Abtastwerten zum Bestimmen einer Differenz davon und ein Bewegungsschritt Ts zum Bestimmen von zwei Zeitpositionen (Berechnungszeitpunkten) zum Aufnehmen einer nächsten Differenz darin eingegeben werden und diverse Differenzen anhand dieser Werte Tin und Ts aufgenommen werden können. 99a zeigt eine Wellenform eines Realteils Xc(t) eines analytischen Signals Zc(t) und Abtastwerte von dessen angenäherten Nulldurchgangspunkten (Kreiszeichen ). 99b zeigt die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) und zeigt Abtastwerte ihrer angenäherten Nulldurchgangspunkte durch Kreiszeichen. Bei diesem Beispiel hat die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) eine Sinuswellengestalt. Das heißt, 99b zeigt den Fall eines Sinuswellenjitters, wo die Abweichung vom idealen Zeitpunkt sich sinuswellenförmig ändert. In dieser Figur gibt es 34 Nulldurchgangs-Abtastwerte von Δφ(t) in einer Periode des Sinuswellenjitters. 99 zeigt einen Fall, wo der Bewegungsschritt Ts eine Länge von 17 Abtastpunkten hat und das Differenzintervall Tin eine Länge von 17 Abtastpunkten hat: In diesem Fall wird ein Differenzwert Δφ(j + Tin) – Δφ(j) aus einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j) an einem Berechnungszeitpunkt j und einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j + T) an einem Berechnungszeitpunkt j + Tin berechnet. Anschließend wird ein Differenzwert Δφ(j + 2Tin)– Δφ(j + Tin) berechnet, der eine Differenz zwischen einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j + Tin) an einem Berechnungszeitpunkt j + Tin und einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j + 2Tin) an einem Berechnungszeitpunkt j + 2Tin ist, d. h. an einem Zeitpunkt, der um Tin später liegt als der vorherige Berechnungspunkt. Beim herkömmlichen Zeitintervall-Analysator oder dergleichen wird, wie in diesem Beispiel gezeigt, ein Zeitpunkt nach einer Differenzzeit Tin von einem Berechnungszeitpunkt der nächste Berechnungszeitpunkt. Ein Bewegungsschritt Ts kann nicht kleiner gemacht werden als das Differenzintervall Tin.At the in 82 In the embodiment shown, a case is shown where in the differential circuit 64 an interval (time interval) T in between two samples for determining a difference thereof and a moving step T s for determining two time positions (calculation timings) for taking a next difference therein are input and various differences can be taken from these values T in and T s , 99a FIG. 12 shows a waveform of a real part X c (t) of an analytic signal Z c (t) and samples of its approximate zero crossing point (circle sign). 99b shows the phase noise waveform Δφ (t) and shows samples of its approximated zero crossing points by circle signs. In this example, the phase noise waveform Δφ (t) has a sine wave shape. This means, 99b shows the case of a sine wave jitter where the deviation from the ideal time changes sinewave. In this figure, there are 34 zero-crossing samples of Δφ (t) in one period of the sine wave jitter. 99 shows a case where the moving step T s has a length of 17 sampling points, and the difference interval T has a length of 17 sample points: In this case, a difference value Δφ (j + T) - Δφ (j) from a zero-sample Δφ (j) is calculated at a calculation timing j and a zero-crossing sample Δφ (j + T) at a calculation timing j + T in . Subsequently, a difference value Δφ (j + 2T in ) - Δφ (j + T in ) is calculated, which is a difference between a zero-crossing sample Δφ (j + T in ) at a calculation time j + T in and a zero-crossing sample Δφ ( j + 2T in ) at a time of computation j + 2T in , that is, at a time later than the previous computation point by T in . In the conventional time interval analyzer or the like, as shown in this example, a time after a difference time T in from a calculation time point becomes the next calculation time point. A movement step T s can not be made smaller than the difference interval T in .

Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Bewegungsschritt Ts kleiner als ein Differenzintervall Tin gemacht werden, d. h., Ts < Tin. Das heißt, wie in 100 gezeigt, wenn bei einer Null-Abtastzeitfolge aus 100a der Betrieb am Zeitpunkt j begonnen wird, werden zu Zeitpunkten nach jedem Bewegungsschritt Ts ab dem Zeitpunkt j, also an Zeitpunkten j, j + Ts, j + 2Ts, ... Abtastwerte von Δφ(t), d. h. Δφ(j), Δφ(j + Ts), Δφ(j + 2Ts), ... aufgenommen, wie in 100b gezeigt, und diese Abtastwerte werden in einem Pufferspeicher als eine erste Abtastfolge gespeichert. Zusätzlich werden an um das Differenzintervall Tin gegen die Zeitpunkte j, j + Ts, j + 2Ts, ... verzögerten Zeitpunkten, d. h. an Zeitpunkten j + Tin, j + Ts + Tin, j + 2Ts + Tin Abtastwerte von Δφ(t), d. h. Δφ(j + Tin), Δφ(j + Ts + Tin), Δφ(j + 2Ts + Tin) aufgenommen, wie jeweils in 100c gezeigt, und diese Abtastwerte werden im Pufferspeicher als eine zweite Abtastfolge gespeichert. Bezogen auf Abtastwerte mit der gleichen Folgenummer in der ersten Abtastfolge und der zweiten Abtastfolge wird ein Abtastwert in der ersten Abtastfolge vom entsprechenden Abtastwert in der zweiten Abtastfolge subtrahiert, um Differenz-Ausgaben unter der Bedingung Ts < Tin zu erhalten.In the present invention, a moving step T s may be made smaller than a difference interval T in , that is, T s <T in . That is, as in 100 shown when off at a zero sample timing 100a the operation is started at the time j, at time points after each movement step T s from the time j, ie at times j, j + T s , j + 2T s , ... samples of Δφ (t), ie Δφ (j ), Δφ (j + T s ), Δφ (j + 2T s ), ..., as in 100b and these samples are stored in a buffer memory stored a first scan. In addition, at time points j delayed by the difference interval T in against j, j + T s , j + 2T s , ..., ie at times j + T in , j + T s + T in , j + 2T s + T in samples of Δφ (t), ie Δφ (j + T in ), Δφ (j + T s + T in ), Δφ (j + 2T s + T in ), as in each case in FIG 100c and these samples are stored in the buffer memory as a second scan sequence. With respect to samples having the same sequence number in the first scanning sequence and the second scanning sequence, a sample in the first scanning sequence is subtracted from the corresponding sample in the second scanning sequence to obtain differential outputs under the condition of T s <T in .

In 101 sind die Wellenform des Realteils Xc(t) des analytischen Signals, die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) und die Nulldurchgangspunkte die gleichen wie in 99. 101 zeigt einen Fall, wo ein Berechnungsbewegungsschritt Ts die Länge eines Nulldurchgangspunktes hat und das Differenzintervall Tin die Länge von 17 Nulldurchgangspunkten hat. Wie in 101c gezeigt, wird in diesem Fall an jedem Nulldurchgangspunkt eine Differenz von Δφ(t), z. B. Jp(j) = Δφ(j + Tin) – Δφ(j) im Differenzintervall Tin (17 Nulldurchgangspunkte) erhalten.In 101 are the waveform of the real part X c (t) of the analytic signal, the phase noise waveform Δφ (t) and the zero crossing points are the same as in FIG 99 , 101 Fig. 10 shows a case where a calculation movement step T s has the length of a zero-cross point and has the difference interval T in the length of 17 zero crossing points. As in 101c In this case, at each zero crossing point, a difference of Δφ (t), e.g. B. J p (j) = Δφ (j + T in ) - Δφ (j) in the difference interval T in (17 zero-crossing points).

Um eine Fluktuation von Δφ(t) deutlich zu erhalten, muß Tin etwas größer gemacht werden. Bei dem in 99 gezeigten herkömmlichen System ist jedoch Ts > Tin, so daß auch Ts groß wird. Deshalb ist die Zahl von im gleichen Zeitraum (Datenvolumen) gewinnbaren Differenzwerten klein, und deshalb ist die Auflösung schlecht und die Spitzenwerte und Mittelwerte sind keine genauen Werte.In order to obtain a fluctuation of Δφ (t) clearly, T has to be made slightly larger. At the in 99 However, in the conventional system shown, T s > T in , so that also T s becomes large. Therefore, the number of difference values obtainable in the same period (data volume) is small, and therefore the resolution is poor, and the peak values and average values are not accurate values.

Deshalb verhält sich ein aus den in 99 dargestellten Differenzen erhaltener Peak-to-Peak-Jitter JPP(t) wegen der verringerten Zahl erhaltener Differenzwerte wie in 102a gezeigt, und der Spitzenwert ist 1883 ps, und der RMS-Wert ist 638 ps. Ein aus den in 101 dargestellten Differenzen unter den gleichen Bedingungen erhaltener Peak-Jitter JPP(t) verhält sich aufgrund der erhöhten Zahl von Differenzwerten und der kurzen Intervalle wie in 102b gezeigt, und der Peak-to-Peak-Wert ist 1940 ps und der RMS-Wert ist 650 ps. Im Fall von 101 können eine hohe Auflösung und ein genauer Jitter im Vergleich zum in 99 gezeigten herkömmlichen Fall erhalten werden.Therefore, one of the in 99 shown differences obtained peak-to-peak jitter J PP (t) because of the reduced number of obtained difference values as in 102 and the peak is 1883 ps and the RMS value is 638 ps. One out of the in 101 Due to the increased number of difference values and the short intervals, as shown in FIG. 13, peak jitter J PP (t) obtained under the same conditions behaves as shown in FIG 102b and the peak-to-peak value is 1940 ps and the RMS value is 650 ps. In case of 101 can have a high resolution and a more accurate jitter compared to in 99 shown in the conventional case.

Mit Bezug auf einen herkömmlichen AD-Wandler, wie in 103a gezeigt, wird ein Eingabesignal in einen AD-Wandler 77 eingegeben, nachdem Frequenzkomponenten von mehr als der Hälfte der Abtastfrequenz des AD-Wandlers 77 daraus durch ein Tiefpaßfilter 76 beseitigt worden sind. Der AD-Wandler 77 muß eine Analog-Digital-Wandlung bei einer Abtastfrequenz durchführen, die gleich dem Zweifachen der Eingabesignalfrequenz oder höher ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen kann das Eingabesignal abgetastet und in ein digitales Signal bei einer niedrigeren Frequenz als der Eingabesignalfrequenz umgewandelt werden. Wie in 103b gezeigt, werden zu diesem Zweck Hochfrequenzkomponenten des Eingabesignals durch ein Bandpaß- oder Tiefpaßfilter 78 beseitigt, und dann wird das Eingabesignal in einer Abtastbrückenschaltung 79 abgetastet, die aus Dioden aufgebaut ist, indem zwischen Anschlüssen 81a und 81b angelegte Impulse bei einer niedrigeren Frequenz als der Eingabesignalfrequenz abgetastet werden. Ein mit diesem Prozeß genau erhaltener Abtastwert wird durch einen AD-Wandler 81 für jede Abtastung in ein digitales Signal umgesetzt. Zum Beispiel wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem ein Sinuswellensignal mit der Frequenz 10,025 MHz verwendet wurde, das mit einem 20 kHz Signal phasenmoduliert war. Wenn dieses Sinuswellensignal bei einer Frequenz von 40,0 MHz, also oberhalb der Frequenz des Eingabesignals, abgetastet wurde, war die Wellenform der Folge von Abtastwerten wie in 104a gezeigt. In diesem Fall war das Spektrum wie in 105a gezeigt, wo ein breiter Peak der Trägerwellenkomponente mit Frequenz 10,025 MHz sowie Peaks von oberen und unteren Seitenbändern (Modulationskomponenten) beobachtet wurden. Wenn hingegen dieses Sinuswellensignal durch die Schaltungskonfiguration aus 103b mit einer Frequenz von 100 kHz, also um zwei Größenordnungen niedriger als die Trägerwellenfrequenz abgetastet (undersampled) wurde, war die Wellenform der Folge von Abtastwerten wie in 104b gezeigt. Diese Folge von Abtastwerten ist auch in 104a durch Kreiszeichen gezeigt. In diesem Fall war das Spektrum der Folge von mit Undersampling gewonnenen Abtastwerten wie in 105b gezeigt, wo ein Peak der Trägerwellenkomponente mit Frequenz 25 kHz und zwei Peaks der Modulationskomponenten (obere und untere Seitenbänder) von 25 kHz ± 20 kHz beobachtet wurden. Daran war zu erkennen, daß ein Jitter mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch unter Verwendung eines Undersampling-AD-Wandlers gemessen werden kann.With respect to a conventional AD converter, as in 103a is shown, an input signal to an AD converter 77 entered after frequency components of more than half the sampling frequency of the AD converter 77 from it by a low-pass filter 76 have been eliminated. The AD converter 77 must perform an analog-to-digital conversion at a sampling frequency equal to twice the input signal frequency or higher. In contrast, in the device according to the invention, the input signal can be sampled and converted into a digital signal at a lower frequency than the input signal frequency. As in 103b For this purpose, high-frequency components of the input signal are shown by a band-pass or low-pass filter 78 eliminated, and then the input signal in a Abtastbrückenschaltung 79 sampled, which is composed of diodes, by connecting between terminals 81a and 81b applied pulses are sampled at a frequency lower than the input signal frequency. A sample accurately obtained with this process is passed through an AD converter 81 converted to a digital signal for each sample. For example, an experiment was conducted using a sine wave signal of frequency 10.025 MHz which was phase-modulated with a 20 kHz signal. When this sine wave signal was sampled at a frequency of 40.0 MHz, that is, above the frequency of the input signal, the waveform was the sequence of samples as in FIG 104a shown. In this case the spectrum was like in 105a where a broad peak of the carrier wave component of frequency 10.025 MHz as well as peaks of upper and lower sidebands (modulation components) were observed. On the other hand, when this sine wave signal goes out through the circuit configuration 103b With a frequency of 100 kHz, that is, undersampled two orders of magnitude lower than the carrier wave frequency, the waveform was the sequence of samples as in FIG 104b shown. This sequence of samples is also in 104a shown by circle signs. In this case, the spectrum of the sequence of undersampled samples was as in 105b where a peak of the carrier wave component with frequency 25 kHz and two peaks of the modulation components (upper and lower sidebands) of 25 kHz ± 20 kHz were observed. It was seen that a jitter can be measured with the device according to the invention also using an undersampling AD converter.

Bei jeder der in 82, 88 und 91 gezeigten Ausgestaltungen kann eines der diversen in 91, 40b, 67 und 69 gezeigten Mittel zur Umformung des analytischen Signals als Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals verwendet werden. Außerdem sind diese Ausgestaltungen nicht auf die Benutzung eines AD-Wandlers zum Umwandeln eines Eingabesignals in ein digitales Signal beschränkt, stattdessen kann auch ein Komparator anstelle des AD-Wandlers verwendet werden. Das heißt, im allgemeinen wird ein zu messendes Eingabesignal in ein digitales Signal durch einen AD-Wandler umgewandelt, oder es wird durch einen Komparator in einen Binärwert zum Eingeben in das Mittel 11 zum Umformen des analytischen Signals verändert. Allerdings wird ein zu messendes Eingabesignal in das in 40b gezeigte Mittel zur Umformung des analytischen Signals eingegeben, ohne in ein digitales Signal umgewandelt zu werden. Außerdem können ein Eingabesignal des Phasenrausch-Erfassungsmittels 61, d. h. ein Eingabesignal des Mittels 11 zum Umformen des analytischen Signals ein durch Frequenzteilung eines Eingabesignals (eines Signals, dessen Jitter gemessen werden soll) durch einen Frequenzteiler erzeugtes Signal oder ein durch Frequenzumsetzung eines Eingabesignals durch einen Frequenzwandler erzeugtes Signal sein.At each of the in 82 . 88 and 91 shown embodiments may be one of the various in 91 . 40b . 67 and 69 shown means for reshaping the analytical signal as a means 11 be used to transform the analytical signal. Moreover, these embodiments are not limited to the use of an AD converter for converting an input signal to a digital signal, but instead a comparator may be used instead of the AD converter. That is, in general, an input signal to be measured is converted into a digital signal by an AD converter, or it is converted by a comparator into a binary value for inputting to the means 11 changed to transform the analytical signal. However, an input signal to be measured becomes the in 40b shown means for transforming the analytical signal input without being converted into a digital signal. In addition, an input signal of the phase noise detection means 61 ie an input signal of the means 11 for reforming the analytical signal, a signal generated by frequency dividing an input signal (a signal whose jitter is to be measured) by a frequency divider, or a signal generated by frequency conversion of an input signal by a frequency converter.

Bislang sind im wesentlichen Messungen des Jitters eines zu messenden Signals beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch für Jittermessungen von diversen Signalen wie bei der Telekommunikation verwendeten Datensignalen, einem wiederkehrenden Videosignal wie etwa einem Fernsehsignal oder dergleichen zu verwenden.So far are essentially measurements of the jitter of a signal to be measured been described. However, the present invention is for jitter measurements of various signals as used in telecommunications Data signals, a recurring video signal such as a TV signal or the like to use.

Die vorliegende Erfindung ist zwar mit Bezug auf die bevorzugte Ausgestaltung als Beispiel beschrieben worden, Fachleuten ist jedoch offensichtlich, daß diverse Abwandlungen, Änderungen und/oder kleinere Verbesserungen der oben beschriebenen Ausgestaltung durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Ausgestaltung beschränkt ist, sondern alle Änderungen, Abwandlungen und/oder kleineren Verbesserungen umfassen soll, die in den Rahmen der Erfindung, wie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert, fallen.The While the present invention is with reference to the preferred embodiment has been described as an example, but it is obvious to those skilled in the art that diverse Modifications, changes and / or minor improvements to the above-described embodiment carried out can be without departing from the scope of the present invention. So understand that the present invention is not limited to the illustrated embodiment, but all changes, Modifications and / or minor improvements should include within the scope of the invention as defined in the following claims, fall.

Im folgenden sind die oben erwähnten Literaturhinweise c1 bis c18 aufgelistet.

  • [c1]: Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky and Ian T. Young, Signals and Systems, Prentice-Hall, Inc., 1983.
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Listed below are references c1 to c18 mentioned above.
  • [c1]: Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky and Ian T. Young, Signals and Systems, Prentice-Hall, Inc., 1983.
  • [c2]: Athanasios Papoulis, "Analysis for Analog and Digita Signals," Gendai Kogakusha, 1982.
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Claims (19)

Vorrichtung zum Messen des Jitters eines Eingangsignals, mit: Analytik-Signal-Umformungsmitteln (11) zum Umformen des Eingangssignals in ein komplexes analytisches Signal; Momentanphasen-Schätzmitteln (12) zur Ermittlung der Momentanphase des Eingangssignals aus dem analytischen Signals; Linearphasen-Entfernungsmitteln (13) zur Ermittlung einer linearen Phasenkomponente der Momentanphase und zum Entfernen der linearen Phasenkomponente aus der Momentanphase, um eine Phasenrausch-Wellenform zu erhalten; und Jittererfassungsmitteln (14, 15, 73) zur Ermittlung des Jitters des Eingangsignals aus der Phasenrausch-Wellenform.Apparatus for measuring the jitter of an input signal, comprising: analytic signal conversion means ( 11 ) for transforming the input signal into a complex analytic signal; Instantaneous phase estimation means ( 12 ) for determining the instantaneous phase of the input signal from the analytic signal; Linear Phase Removal Agents ( 13 ) for detecting a linear phase component of the instantaneous phase and for removing the linear phase component from the instantaneous phase to obtain a phase noise waveform; and Jitter detection means ( 14 . 15 . 73 ) for detecting the jitter of the input signal from the phase noise waveform. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Nulldurchgangsabtaster (62) zum Abtasten der Phasenrausch-Wellenform an Abtastpunkten, die jeweils nahe dem Nulldurchgang einer Anstiegs- oder Abfallflanke des Realteils des analytischen Signals liegen, und zur Ausgabe von Abtastwerten der Phasenrausch-Wellenform.The apparatus of claim 1, further comprising: a zero crossing sampler ( 62 ) for sampling the phase noise waveform at sample points each near the zero crossing of a rising or falling edge of the real part of the analytic signal and outputting samples of the phase noise waveform. Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit: einer ersten Differenzschaltung (64) zur Berechnung der Differenz zwischen jedem der Abtastwerte und dem unmittelbar vorhergehenden Abtastwert zum Erhalt von Jitter-Spitzenwerten.Apparatus according to claim 2, further comprising: a first differential circuit ( 64 ) for calculating the difference between each of the samples and the immediately preceding sample to obtain jitter peaks. Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit: einer zweiten Differenzschaltung (72) zur Berechnung der Differenz zwischen Minimum- und Maximumwerten der Ausgabe der ersten Differenzschaltung zum Erhalt eines Peak-to-Peak-Werts des Jitters.Apparatus according to claim 3, further comprising: a second differential circuit ( 72 ) for calculating the difference between minimum and maximum values of the output of the first differential circuit to obtain a peak-to-peak value of the jitter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einem den Analytik-Signal-Umformungsmitteln (11) vorgeschalteten Komparator (51) zum Vergleichen des Eingangssignals mit einer analogen Referenzgröße und zur Umwandlung des Eingangssignals in ein binäres Signal.Apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising: an analysis signal conversion means ( 11 ) upstream comparator ( 51 ) for comparing the input signal with an analog reference and for converting the input signal into a binary signal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Analytik-Signal-Umformungsmittel (11) umfassend: ein Bandpaßfilter (21a), dem das Eingangssignal zugeführt wird, und eine Hilbert-Transformations-Anordnung (21), die die Ausgabe des Bandpaßfilters, die den Realteil des analytischen Signals darstellt, einer Hilbert-Transformation unterzieht, um den Imaginärteil des analytischen Signals zu erhalten.Device according to one of Claims 1 to 4, in which the analytical signal conversion means ( 11 ) comprising: a bandpass filter ( 21a ), to which the input signal is supplied, and a Hilbert transformation arrangement ( 21 ) which Hilbert transforms the output of the bandpass filter representing the real part of the analytic signal to obtain the imaginary part of the analytic signal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Analytik-Signal-Umformungsmittel (11) umfassen: eine Frequenzbereich-Transformationseinrichtung (21; 33) zum Transformieren des Eingangssignals in ein Signal im Frequenzbereich; einen Bandpaß-Prozessor (22; 34) zum Abschneiden negativer Frequenzkomponenten in der Ausgabe der Frequenzbereich-Transformationseinrichtung (21; 33) und zum Extrahieren nur von Frequenzkomponenten in der Nähe der Frequenz des Eingangssignals; und eine Zeitbereich-Transformationseinrichtung (23; 35) zum Rücktransformieren der Ausgabe des Bandpaß-Prozessors (22; 34) in ein Signal im Zeitbereich.Device according to one of Claims 1 to 4, in which the analytical signal conversion means ( 11 ) comprise: a frequency domain transformation device ( 21 ; 33 ) for transforming the input signal into a signal in the frequency domain; a bandpass processor ( 22 ; 34 ) for cutting off negative frequency components in the output of the frequency domain transformation means ( 21 ; 33 ) and for extracting only frequency components near the frequency of the input signal; and a time domain transformation device ( 23 ; 35 ) for inverse transforming the output of the bandpass processor ( 22 ; 34 ) into a signal in the time domain. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit: einem Pufferspeicher (31) zum Speichern des Eingangssignals; wobei die Analytik-Signal-Umformungsmittel (11) ferner umfassen: Mittel zum Entnehmen von Teilsignalen des Eingangssignals in sequentieller Folge aus dem Pufferspeicher, so daß sich das entnommene Teilsignal teilweise mit einem kurz zuvor entnommenen Teilsignal überlappt; Mittel (32) zum Multiplizieren jedes entnommenen Teilsignals mit einer Fensterfunktion, und Lieferung des Multiplikationsergebnisses an die Frequenzbereich-Transformationseinrichtung (33); und Mittel (36) zum Multiplizieren des in den Zeitbereich rücktransformierten Signals mit dem Inversen der Fensterfunktion, um das analytische Signal zu erhalten.Apparatus according to claim 7, further comprising: a buffer memory ( 31 ) for storing the input signal; wherein the analytic signal conversion means ( 11 ) further comprising: means for extracting partial signals of the input signal in sequential order from the buffer memory so that the extracted partial signal partially overlaps with a partial signal extracted shortly before; Medium ( 32 ) for multiplying each extracted partial signal by a window function, and supplying the multiplication result to the frequency-domain transforming means (16) 33 ); and funds ( 36 ) for multiplying the in-time-transformed signal with the inverse of the window function to obtain the analytic signal. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Analytik-Signal-Umformungsmittel umfassen: einen ersten Frequenzmischer zum Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Sinuswellensignal; einen zweiten Frequenzmischer zum Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Cosinuswellensignal, dessen Frequenz die gleiche wie die des Sinuswellensignals ist; ein erstes Tiefpaßfilter, dem die Ausgabe des ersten Frequenzmischers zugeführt wird; ein zweites Tiefpaßfilter, dem die Ausgabe des zweiten Frequenzmischers zugeführt wird; wobei das analytische Signal aus der Ausgabe des ersten Tiefpaßfilters als seinem Realteil und der Ausgabe des zweiten Tiefpaßfilters als seinem Imaginärteil zusammengesetzt ist.Device according to one of claims 1 to 4, wherein the analytic signal conversion means include:  a first frequency mixer for multiplying the Input signal having a sine wave signal;  a second Frequency mixer for multiplying the input signal by one Cosine wave signal whose frequency is the same as that of the sine wave signal is;  a first low-pass filter, to which the output of the first frequency mixer is supplied;  one second low-pass filter, to which the output of the second frequency mixer is supplied;  in which the analytic signal from the output of the first low-pass filter as its real part and the output of the second low-pass filter as his imaginary part is composed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Analytik-Signal-Umformungsmittel umfassen: einen ersten Frequenzmischer zum Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Sinuswellensignal; einen zweiten Frequenzmischer zum Multiplizieren des Eingangssignals mit einem Cosinuswellensignal, dessen Frequenz die gleiche wie die des Sinuswellensignals ist; ein erstes Tiefpaßfilter, dem die Ausgabe des ersten Frequenzmischers zugeführt wird; ein zweites Tiefpaßfilter, dem die Ausgabe des zweiten Frequenzmischers zugeführt wird; einen ersten Komparator (51s) zum Vergleichen der Ausgabe des ersten Tiefpaßfilters mit einer analogen Referenzgröße; und einen zweiten Komparator (51c) zum Vergleichen der Ausgabe des zweiten Tiefpaßfilters mit der analogen Referenzgröße; wobei das analytische Signal aus dem Ausgabesignal des ersten Komparators und dem Ausgabesignal des zweiten Komparators zusammengesetzt ist.Device according to one of claims 1 to 4, wherein the analytic signal conversion means comprise: a first frequency mixer for multiplying the input signal by a sine wave signal; a second frequency mixer for multiplying the input signal by a cosine wave signal whose frequency is the same as that of the sine wave signal; a first low-pass filter to which the output of the first frequency mixer is supplied; a second low-pass filter to which the output of the second frequency mixer is supplied; a first comparator ( 51s ) for comparing the output of the first low-pass filter with an analog reference size; and a second comparator ( 51c ) for comparing the output of the second low-pass filter with the analog reference size; wherein the analytical signal is composed of the output signal of the first comparator and the output signal of the second comparator. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Jitter-Erfassungmittel Peak-to-Peak-Erfassungsmittel (14) zum Erhalt der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Phasenrausch-Wellenform als einen Spitzen-Wert des Jitters sind.Apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the jitter detecting means comprises peak-to-peak detecting means ( 14 ) for obtaining the difference between the maximum value and the minimum value of the phase noise waveform as a peak value of the jitter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Jitter-Erfassungsmittel RMS-Erfassungsmittel (15) zum Berechnen des Effektivwerts der Phasenrausch-Wellenform sind, um einen Effektivwert des Jitters zu erhalten.Device according to one of Claims 1 to 4, in which the jitter detection means comprise RMS detection means ( 15 ) for calculating the effective value of the phase noise waveform to obtain an effective value of the jitter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Mittel zum Erfassen eines Jitters Histogramm-Schätzmittel (73) zum Erhalten eines Histogramms der Phasenrausch-Wellenform sind.Device according to one of claims 1 to 4, wherein the means for detecting a jitter histogram estimation means ( 73 ) for obtaining a histogram of the phase noise waveform. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Linearphasen-Entfernungsmittel umfassen (13): Umwandlungsmittel zum Umwandeln der Momentanphase in eine kontinuierliche Phase; Linearphasen-Schätzungsmittel zum Schätzen einer linearen Phase aus der kontinuierlichen Phase; und Mittel zum Subtrahieren der geschätzten linearen Phase von der kontinuierlichen Phase, um die Phasenrausch-Wellenform zu erhalten.Device according to one of claims 1 to 4, in which the linear phase removing means comprise ( 13 ): Conversion means for converting the instantaneous phase into a continuous phase; Linear phase estimation means for estimating a linear phase from the continuous phase; and means for subtracting the estimated linear phase from the continuous phase to obtain the phase noise waveform. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: einen den Analytik-Signal-Umformungsmitteln (11) vorgeschalteten Beschneider (74) zum Abschneiden der Amplitude des Eingangssignals auf einen konstanten Wert.Device according to one of claims 1 to 4, comprising: a the analysis signal-forming means ( 11 ) upstream trimmer ( 74 ) for cutting the amplitude of the input signal to a constant value. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei dem die Analytik-Signal-Umformungsmittel (61) ferner umfassen: einen ersten AD-Wandler zum Umwandeln der Ausgabe des ersten Tiefpaßfilters in ein erstes digitales Signal; und einen zweiten AD-Wandler zum Umwandeln der Ausgabe des zweiten Tiefpaßfilters in ein zweites digitales Signal; wobei das analytische Signal aus dem ersten digitalen Signal als seinem Realteil und dem zweiten digitalen Signal als seinem Imaginärteil zusammengesetzt ist.Device according to Claim 9, in which the analytical signal conversion means ( 61 ) further comprising: a first AD converter for converting the output of the first low pass filter into a first digital signal; and a second AD converter for converting the output of the second low-pass filter into a second digital signal; wherein the analytic signal is composed of the first digital signal as its real part and the second digital signal as its imaginary part. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Eingangssignal ein digitales Signal ist.Apparatus according to claim 1, wherein the input signal a digital signal is. Vorrichtung nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen AD-Wandler zur Umsetzung eines analogen Taktsignals in ein digitales Taktsignal zur Verwendung als das Eingangssignal.The device of claim 17, further comprising:  one AD converter for converting an analog clock signal into a digital one Clock signal for use as the input signal. Vorrichtung nach Anspruch 18 ferner umfassend: einen Frequenzteiler, der das analoge Taktsignal durch N teilt und ein frequenzgeteiltes analoges Taktsignal an den AD-Wandler liefert, wobei N ≥ 2.The device of claim 18, further comprising: one Frequency divider dividing the analog clock signal by N and a delivers frequency-divided analog clock signal to the AD converter, where N ≥ 2.
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